冷弯薄壁型钢—轻质混凝土焊接组合节点性能研究

论文摘要

本课题来源于吉林省教育厅科技研究项目：《轻型钢结构保温一体化技术体系研究》（吉教合字[2009]第185号）。该项目主要研究由冷弯薄壁型钢形成的轻钢龙骨与现浇轻质混凝土组成的结构体系的机理与性能。与其他结构形式相比,轻钢龙骨体系具有轻质高强、绿色环保、可再生重复利用等优点,符合可持续发展的战略；同时,与传统的混凝土相比,轻质混凝土具有自重轻、造价低、施工方便、抗震性能好等优点。这种组合结构体系实现了结构优化与建筑节能的有机结合,开组合结构研究领域之先河,其研究成果必将大大促进住宅产业的快速发展,对推动小康住宅建设具有重要的意义。节点作为结构体系中承力和传力的重要部位,是新型技术研发的关键。本文以冷弯薄壁型钢焊接节点和冷弯薄壁型钢-轻质混凝土焊接组合节点为研究对象,通过文献研究、试验研究、仿真研究等研究方法,对上述两组节点进行了对比分析。具体工作如下：1.进行了两组节点试验。第一组进行了三个不同节点类型的冷弯薄壁型钢焊接节点试验。第二组进行了三个组合节点类型的冷弯薄壁型钢-轻质混凝土焊接组合节点试验。2.分析了上述各试件的受力特点和破坏模式。对节点钢骨构造相同的轻钢节点和组合节点进行了对比分析,包括钢骨的荷载-位移关系、荷载-应变关系、节点的弯矩-转角、承载力等。结果表明,轻质混凝土限制了冷弯薄壁型钢板材的屈曲和焊缝的开裂,从而提高了节点的承载力；与轻钢节点相比,组合节点的半刚性性能更接近刚性。3.利用ANSYS对节点的应力、应变、位移进行了分析。并将ANSYS分析结果和试验结果进行了对比分析。4.结合试验数据,提出了组合节点的理论计算方法。本课题的创新点：1.本课题首次提出冷弯薄壁型钢和轻质混凝土构成组合节点。从目前收集到的资料看,尚未见相关研究报道。2.在轻钢龙骨的节点连接方式上,传统的连接方式是用拉铆钉或自攻螺钉。本课题采用的焊接节点尚无相关研究报道。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 冷弯薄壁型钢结构体系
• 1.2.1 冷弯薄壁型钢结构体系的优势
• 1.2.2 冷弯薄壁型钢结构体系的问题
• 1.2.3 冷弯薄壁型钢结构体系的应用
• 1.2.4 冷弯薄壁型钢结构体系的连接
• 1.3 型钢-混凝土组合节点的形式
• 1.4 型钢-混凝土组合节点研究现状
• 1.4.1 型钢-混凝土组合节点试验研究现状
• 1.4.2 型钢-混凝土组合节点有限元分析现状
• 1.5 型钢-混凝土组合结构的计算理论
• 1.6 本文主要研究内容及创新点
• 第2章 轻钢节点试验研究
• 2.1 试验概述
• 2.1.1 试验目的
• 2.1.2 试验方案
• 2.1.3 试件设计
• 2.1.4 试件制作
• 2.1.5 测点布置及数据采集方法
• 2.2 试验过程和试验现象
• 2.2.1 轻钢节点1试验过程和试验现象
• 2.2.2 轻钢节点2试验过程和试验现象
• 2.2.3 轻钢节点3试验过程和试验现象
• 2.3 试验结果分析
• 2.3.1 轻钢节点破坏过程分析
• 2.3.2 轻钢节点荷载-应变对比分析
• 2.3.3 轻钢节点荷载-位移对比分析
• 2.3.4 焊接连接与自攻螺钉连接对比分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 组合节点试验研究
• 3.1 试验概述
• 3.1.1 试件设计
• 3.1.2 轻质混凝土配合比设计
• 3.1.3 组合节点试件制作
• 3.1.4 组合节点混凝土应变片的布置
• 3.1.5 试验装置
• 3.1.6 试验过程及现象
• 3.2 试验结果分析
• 3.2.1 破坏过程分析
• 3.2.2 组合节点荷载-应变对比分析
• 3.2.3 组合节点荷载-位移对比分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 试验结果对比分析
• 4.1 概述
• 4.2 荷载-应变对比分析
• 4.3 荷载-位移对比分析
• 4.4 弯矩-转角对比分析
• 4.5 承载力对比分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 节点性能的有限元分析
• 5.1 ANSYS结构静力分析概述
• 5.2 建模分析
• 5.2.1 本构关系
• 5.2.2 屈服条件
• 5.2.3 单元选取
• 5.2.4 模型确定
• 5.2.5 非线性分析及求解
• 5.2.6 有限元计算结果及对比分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 组合节点承载力计算方法
• 6.1 叠加原理
• 6.2 钢骨承载力计算方法
• 6.2.1 角焊缝计算基本公式
• 6.2.2 角焊缝计算基本假设
• 6.2.3 公式的偏差与修正
• 6.3 混凝土承载力计算方法
• 6.4 组合节点承载力计算方法
• 6.5 试验结果与理论结果对比
• 6.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢