冷弯薄壁型钢结构住宅开洞组合墙体抗剪性能研究

论文摘要

由于国内目前对冷弯薄壁型钢结构住宅开洞组合墙体的抗剪性能缺乏试验研究依据而没有明确的设计规定。因此,有必要对其开展相应的试验和理论研究。本文在查阅大量参考文献的基础上,对冷弯薄壁型钢结构住宅开洞组合墙体抗剪承载力的计算方法进行了探讨并提出了相应的建议设计方法。本文首先对四片组合墙体的抗剪性能进行了足尺试件研究。其中三片为开洞组合墙体,一片为无洞组合墙体。详细介绍了试验装置、试验方法、试件的破坏过程以及对试验数据的分析处理。同时对自攻螺钉连接件的抗剪性能进行了试验研究,分析了加载速度、板材厚度、板材定向方向、螺钉距板材边缘的距离等因素对螺钉连接件力学性能的影响。其次对单调加载作用下的试件进行有限元模拟分析,同时考虑了材料非线性和几何非线性问题。采用塑性壳单元模拟墙体各构件,墙架柱和梁之间采用铰接方式连接,墙体的自攻螺钉连接处采用梁单元进行模拟,方程组求解方法由ANSYS程序自动选择。有限元分析结果与试验值吻合良好,从而证明了有限元分析方法的正确性和可行性。在此基础上,对开洞组合墙体进行了大量的参数分析,分析了开洞对组合墙体抗剪承载力的影响。最后在试验、非线性有限元分析的基础上,结合国外规范对冷弯薄壁型钢结构住宅开洞组合墙体抗剪承载力计算的相关规定,本文对冷弯薄壁型钢开洞组合墙体抗剪承载力的计算提出建议方法,建议方法的计算结果与有限元程序ANSYS计算结果吻合较好,证明了该建议设计方法的适用性和准确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国外冷弯薄壁型钢结构住宅开洞组合墙体的研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 冷弯薄壁型钢开洞组合墙体抗剪性能试验研究
• 2.1 概述
• 2.2 试验目的
• 2.3 试验内容及方法
• 2.4 试件的设计与材料特性
• 2.4.1 试件的设计
• 2.4.2 试件的材料特性
• 2.5 试验装置与仪表布置
• 2.5.1 试验装置
• 2.5.2 测点布置
• 2.6 试验加载制度及试验过程
• 2.6.1 单调加载制度
• 2.6.2 试验过程及破坏特征
• 2.6.3 试验现象小结
• 2.7 试验结果与分析
• 2.7.1 水平荷载作用下墙体顶部侧移的计算
• 2.7.2 试件荷载、位移的确定方法
• 2.7.3 试验数据处理
• 2.7.4 试验结果分析
• 2.7.5 试验小结
• 2.8 本章小结
• 第三章 自攻螺钉连接抗剪试验研究
• 3.1 试验目的
• 3.2 试件设计及材料性能
• 3.2.1 试件设计
• 3.2.2 材料性能
• 3.3 试验加载设备及加载制度
• 3.4 试验过程及破坏特征
• 3.5 主要试验结果
• 3.5.1 各试件的荷载-滑移曲线
• 3.5.2 各试件特征值的确定
• 3.5.3 各试件影响参数对比分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 冷弯薄壁型钢开洞组合墙体非线性有限元分析
• 4.1 前言
• 4.2 墙体构件单元分析
• 4.2.1 单元选取
• 4.2.2 单元分析
• 4.3 材料非线性问题
• 4.4 几何非线性问题
• 4.5 有限元模型建立
• 4.6 边界约束及加载
• 4.7 求解及结果后处理
• 4.8 开洞组合墙体的有限元模拟分析
• 4.8.1 无洞组合墙体WA1 抗剪承载力分析
• 4.8.2 开洞组合墙体W82 抗剪承载力分析
• 4.8.3 开洞组合墙体W83 抗剪承载力分析
• 4.8.4 开洞组合墙体W81 抗剪承载力分析
• 4.9 开洞口的变参数分析
• 4.9.1 洞口尺寸（900mm×2100mm）对组合墙体抗剪承载力的影响
• 4.9.2 洞口尺寸（900mm×1200mm）对组合墙体抗剪承载力的影响
• 4.9.3 洞口尺寸（900mm×900mm）对组合墙体抗剪承载力的影响
• 4.9.4 洞口尺寸（900mm×700mm）对组合墙体抗剪承载力的影响
• 4.9.5 洞口尺寸（350mm×500mm）对组合墙体抗剪承载力的影响
• 4.9.6 洞口尺寸（350mm×350mm）对组合墙体抗剪承载力的影响
• 4.9.7 洞口尺寸（200mm×300mm）对组合墙体抗剪承载力的影响
• 4.9.8 洞口尺寸（200mm×200mm）对组合墙体抗剪承载力的影响
• 4.9.9 洞口尺寸（200mm×100mm）对组合墙体抗剪承载力的影响
• 4.10 开洞口对组合墙体抗剪承载力和刚度的影响
• 4.10.1 开洞口对组合墙体抗剪承载力的影响
• 300 的影响'>4.10.2 开洞口对组合墙体刚度K₃₀₀的影响
• 4.11 本章小结
• 第五章 冷弯薄壁型钢开洞组合墙体抗剪承载力计算方法探讨
• 5.1 概述
• 5.2 开洞组合墙体抗剪承载力影响因素分析及计算方法探讨
• 5.3 开洞组合墙体抗剪承载力经验公式、ANSYS 计算结果对比
• 5.4 开洞组合墙体抗剪承载力设计建议方法及步骤
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 1 本文主要工作
• 2 本文主要结论
• 3 对后续研究工作的展望和建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参与科研和获奖情况
• 致谢