冷弯薄壁型钢结构体系性能研究

论文摘要

近年来,冷弯薄壁型轻钢结构体系在欧洲、美洲、日本等发达国家得到了广泛的应用,主要用作三层以下的别墅、住宅以及其他民用建筑。由于其自自重轻,施工周期短,环保,抗震性能高等优点,以及在建设部大力推进钢结构住宅产业化的背景下,国内也开始引进了冷弯薄壁型轻钢结构体系。由于中国的国情有别于其他发达国家,因此在冷弯薄壁性轻钢结构体系的性能方面的研究也就有别于其他发达国家,尤其是国内关于冷弯薄壁型轻钢结构体系的规范和设计方法远远不能满足设计和施工的需求,例如对蒙皮效应的研究尚处于起步阶段。所以对冷弯薄壁型轻钢结构体系力学性能的研究就显得尤为重要。本文在对蒙皮效应的理论分析和研究的基础上,以冷弯薄壁型轻钢结构体系的力学性能和抗震性能为主要研究对象,对冷弯薄壁型轻钢结构抗剪墙体的蒙皮效应进行了着重的理论分析和研究。本文主要从以下几个方面进行了研究：(1)本文综述了国内外关于冷弯薄壁型轻钢结构体系研究进展及现状,并对此体系的前景进行了综合的评价。(2)对墙体和楼(屋)面板的蒙皮效应进行了探讨,分析蒙皮效应产生的条件,设计方法,构造条件,破坏形态等进行了模拟分析。(3)用ANSYS对墙体的承载力性能进行了三维模型有限元分析(4)基于墙体及楼板组合单元的有限元模型,分析影响蒙皮效应的各种因素,其中主要包括：起蒙皮效应板的厚度、材料性质和自攻自钻螺钉间距等。(5)采用有限单元法对蒙皮效应板的屈曲分析,比较了有蒙皮效应和无蒙皮效应作用下的整体模型受力性能,结果表明蒙皮效应可以有效地增加刚度,减小变形。(6)通过总结和分析现有的关于低层冷弯薄壁型轻钢结构体系的相关理论和试验研究的基础上,提出了基于性能的多层冷弯薄壁型轻钢结构的设计方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 冷弯薄壁型轻钢结构体系的发展历史和现状
• 1.2.1 国外发展历史
• 1.2.2 国内发展历史
• 1.3 轻钢龙骨结构体系组成特点
• 1.3.1 钢骨架的材料
• 1.3.2 蒙皮效应板材
• 1.3.3 连接材料与方式
• 1.4 本文的研究内容和方法
• 第2章 蒙皮效应理论
• 2.1 蒙皮技术的发展与应用
• 2.2 蒙皮效应的定义
• 2.3 蒙皮效应产生机理
• 2.4 蒙皮效应产生的条件
• 2.5 受蒙皮效应的结构类型
• 2.6 蒙皮效应设计
• 2.6.1 蒙皮效应设计的基本假定
• 2.6.2 蒙皮效应设计时应考虑的因素
• 2.6.3 蒙皮单元的破坏形式
• 2.7 计算理论
• 2.7.1 屋面钢板跨度垂直于屋面蒙皮的长度方向
• 2.7.2 屋面钢板跨度平行于屋面蒙皮的长度方向
• 2.8 本章小结
• 第3章 蒙皮单元力学性能分析
• 3.1 蒙皮单元抗剪强度计算
• 3.1.1 计算模型的基本假设
• 3.1.2 计算公式
• 3.2 抗剪刚度的计算
• 3.3 蒙皮单元的有限元模型
• 3.3.1 框架构件的有限元模型
• 3.3.2 压型钢板的有限元模型
• 3.3.3 连接件的有限元模型
• 3.4 蒙皮效应的影响因素分析
• 3.4.1 连接件间距的影响
• 1. 板缝连接件间距的影响
• 2. 板梁间连接件间距的影响
• 3.4.2 压型钢板的影响
• 3.5 算例分析
• 3.5.1 门式钢架
• 3.5.2 冷弯薄壁型钢门式刚架模型
• 3.5.3 材料属性与单元的选择
• 3.5.4 荷载组合
• 3.5.5 钢架内力及侧移分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 冷弯薄壁型钢结构体系抗震设计方法研究
• 4.1 多层冷弯薄壁型钢结构体系建筑的必要性和研究现状
• 4.2 抗震设计方法概述
• 4.2.1 基于弹性内力和极限承载力的设计方法
• 4.2.2 基于位移的设计方法
• 4.2.3 基于能量的设计方法
• 4.2.4 基于能力的设计方法
• 4.2.5 基于性能的设计方法
• 4.3 基于性能抗震设计的抗震设计水准划分
• 4.4 基于性能的多层冷弯薄壁钢结构体系的抗震设计方法
• 4.5 算例分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 结语
• 5.1 本文主要研究工作
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情祝表