冷弯薄壁型钢结构住宅体系组合墙体竖向受力分析

论文摘要

与国外的先进水平相比,我国对轻钢住宅结构体系的研究和应用起步较晚,对冷弯薄壁型钢结构住宅体系仍处于研究和试点阶段。鉴于冷弯薄壁钢构件宽厚比比较大,在压力作用下,此类钢构件易发生局部失稳或结构失稳,失稳一旦发生,结构随即丧失承载力,将直接危害到结构的安全。本文通过对冷弯薄壁钢结构住宅体系组合墙体C型墙柱进行竖向受力的深入研究分析,以期能为此类钢结构住宅体系在国内的发展起到积极的推进作用。1.本文首先介绍了冷弯薄壁型钢结构住宅的特点、目前国内外应用情况及国内外冷弯薄壁型钢结构住宅竖向受力结构体系的研究现状。2.详细介绍了冷弯薄壁型钢结构住宅体系竖向受力体系,阐述了冷弯薄壁型钢结构板件受压作用下板件屈曲理论和有效宽度的概念,并运用现有的计算理论,考虑板组效应对矩形薄壁构件整个截面承载力的影响。3.本文从单根墙柱出发,讨论了冷弯薄壁型钢结构住宅体系中单根墙柱在竖向荷载作用下,不同的屈曲模式和对应的屈曲荷载；并计算分析了柱计算长度、截面尺寸与临界计算长度、屈曲模式和屈曲应力的关系。4.考虑墙板作用的墙柱在竖向轴心荷载作用下,分析了截面腹板高度、截面厚度不同下的承载力变化规律及破坏模式,并对比分析了有墙板与无墙板条件下柱子的极限承载力,得出相关结论。5.建立了无墙板墙体和墙板支撑墙体的有限元ANSYS分析模型,参考相关试验文献,确定合适的模型边界约束条件,通过有限元分析讨论了顶梁、底梁对墙柱计算长度的影响,进一步分析了不同墙板支撑类型,不同墙柱间距等条件下组合墙体竖向极限承载力的变化规律。最后,在上述研究的基础上,总结全文所得出的主要结论,并结合当前国际和国内的研究方向,提出本文有待进一步完善的工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外冷弯薄壁型钢结构住宅体系发展现状
• 1.2.1 国内外冷弯薄壁型钢结构住宅体系的发展
• 1.2.2 在中国推广冷弯薄壁型钢结构住宅体系所遇到的问题
• 1.3 冷弯薄壁型钢结构住宅体系简介
• 1.3.1 冷弯薄壁型钢结构住宅体系做法
• 1.3.2 冷弯薄壁型钢结构住宅体系特点
• 1.4 国内外冷弯薄壁型钢结构住宅体系竖向受力研究现状
• 1.4.1 国外进行的试验与理论研究
• 1.4.2 国内进行的相关研究
• 1.5 本课题提出的意义及主要工作内容
• 1.5.1 本文研究目的
• 1.5.2 本文研究进行的主要工作
• 第二章 组合墙体竖向受力及受压薄壁板件屈曲理论
• 2.1 冷弯薄壁型钢结构住宅体系竖向受力分析
• 2.1.1 荷载分析
• 2.1.2 荷载路径
• 2.2 冷弯薄壁钢构件中受压板件的局部屈曲和有效宽度理论
• 2.2.1 受压单板件的局部屈曲和有效宽度理论
• 2.2.2 中国和北美规范关于有效宽度的计算方法
• 2.2.2.1 中国规范关于有效宽度的计算方法
• 2.2.2.2 北美规范关于有效宽度的计算方法
• 2.3 板件板组效应的影响
• 2.3.1 考虑板组效应的意义
• 2.3.2 计算原理
• 2.3.3 计算方法
• 2.3.4 计算结果对比与分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 组合墙体单根墙柱的稳定分析
• 3.1 钢结构稳定性概述
• 3.1.1 平衡分岔失稳
• 3.1.2 极值点失稳
• 3.1.3 跃越失稳
• 3.2 轴心受压冷弯薄壁墙体单根墙柱的屈曲理论
• 3.2.1 研究的基本假设
• 3.2.2 柱弯曲屈曲
• 3.2.2.1 弹性屈曲
• 3.2.2.2 非弹性屈曲
• 3.2.3 柱扭转屈曲和弯扭屈曲
• 3.2.4 集中加载受压构件的AISI设计公式
• 3.3 单轴对称截面墙柱轴心受压的破坏模式分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 考虑墙面板支撑效应时组合墙体墙柱的稳定分析
• 4.1 概述
• 4.2 考虑墙面板支撑墙柱的破坏模式
• 4.3 考虑墙面板支撑墙柱的稳定分析
• 4.3.1 连接件之间墙柱屈曲
• 4.3.2 考虑墙面板支撑的墙柱整体屈曲
• 4.3.2.1 墙柱整体屈曲——弹簧支撑模型
• 4.3.2.2 墙柱整体屈曲——剪力蒙皮支撑模型
• 4.3.3 集中荷载下蒙皮支撑墙柱的屈曲计算
• 4.4 墙面板支撑墙柱的承载力及破坏模式分析
• 4.4.1 截面尺寸对墙柱承载力及破坏模式的影响
• 4.4.2 考虑墙面板支撑与无墙面板支撑墙柱承载力对比
• 4.5 本章小结
• 第五章 组合墙体竖向承载力的有限元分析
• 5.1 冷弯薄壁型钢结构住宅体系有限元分析的意义
• 5.2 有限元原理及ANSYS非线性功能
• 5.2.1 有限元原理概述
• 5.2.2 计算软件ANSYS
• 5.2.3 ANSYS非线性屈曲分析
• 5.3 竖向荷载作用下组合墙体有限元计算模型的建立
• 5.3.1 基本假设
• 5.3.2 模型参数、材性
• 5.3.3 分析单元的选用
• 5.3.4 有限元计算模型的连接处理和边界问题
• 5.3.5 有限元计算模型的建立
• 5.3.6 有限元计算模型的试验验证
• 5.4 有限元分析
• 5.4.1 无墙面板墙体有限元分析
• 5.4.2 墙柱间距对墙柱承载力影响
• 5.4.3 墙面板对墙柱承载力影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 本文的主要成果
• 6.2 有待完善的工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录 （攻读硕士学位期间发表论文目录）