冷弯薄壁型钢结构房屋振动台试验研究与分析

发布时间：2020-09-15 10:41

　　为了系统全面地了解冷弯薄壁型钢结构房屋的抗震性能和设计方法,本文设计了足尺冷弯薄壁型钢房屋,采用试验研究、有限元分析及与工程实例相结合的分析方法对冷弯薄壁型钢结构房屋抗震性能进行了研究,主要研究内容如下:(1)试验模型为一层冷弯薄壁型钢结构房屋足尺模型,选取工程实际常用构件,采用装配化施工。通过对结构进行白噪声扫频,确定其震前、震后的自振频率;根据场地类别和特征周期等选取Taft地震波、El centro地震波和一条人工波RG1;对模型在7度多遇、7度基本、7度罕遇和8度罕遇地震烈度下的加速度反应和位移反应进行了分析。(2)根据试验模型,采用ABAQUS有限元软件建立了精细化模型和简化模型,对模型进行数值分析,并与试验结果进行了对比,验证了建模方式的正确性后,为研究不同覆面板结构、墙架柱间斜撑、墙体开洞率、房屋层数、房屋跨数、房屋平面长宽比和房屋平面布置形式对结构抗震性能的影响,建立了14个有限元模型,并对其进行了模态分析和非线性时程分析,为实际工程设计提供参考。(3)以实际工程为背景,根据有限元参数分析结果,选取在9度地震区最优化的结构形式,选取BigBear地震波、Mammoth Lake地震波和人工合成波Artwave-RH4TG065对结构进行9度罕遇地震作用下的时程分析,并将分析结果与计算结果进行对比,为冷弯薄壁型钢结构的推广提供依据。(4)对冷弯薄壁型钢结构房屋组合墙体墙面板类型、墙架柱间是否设置斜撑、端柱截面形式、抗拔件构造、过梁构造形式、结构平面布置、节点连接等抗震设计方法进行总结,为推动冷弯薄壁型钢结构广泛应用于高烈度地震区提供参考。通过对冷弯薄壁型钢结构房屋的振动台试验研究与有限元分析,结合工程实际,验证了冷弯薄壁型钢房屋可满足9度地震区抗震要求,可为工程应用提供试验和理论指导。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU392.1
【部分图文】：

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冷弯薄壁型钢结构体系主要由冷弯薄壁型钢组合墙体、组合楼盖和屋盖等组成（图1.1），其基本构件常采用 C 形和 U 形冷弯薄壁型钢构件。墙体主要由墙架柱、导梁、底梁、水平支撑、覆面板、抗剪交叉钢带、抗拔件等构件组成。楼盖主要由冷弯薄壁型钢楼盖梁、边梁和楼面板、刚性支撑件及扁钢带组成，楼面板可采用轻质混凝土楼板、定向刨花板（OSB 板）或其他轻质楼板。屋盖主要由冷弯薄壁型钢屋架和结构面板组成，屋架一般采用三角形斜撑或人字形斜梁形式，屋盖、楼盖和墙体具体构造如图 1.2 所示。图 1.1 冷弯薄壁型钢结构房屋

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图 1.2 屋盖、楼盖和墙体构造图相比传统砖混和混凝土结构，冷弯薄壁型钢结构房屋主要有以下优点：（1）绿色节能，墙体保温隔热技术，能增加房屋居住舒适度，可使房屋冬暖夏凉；（2）采用干法施工作业，节约水资源；（3）装配化程度高、施工速度快，可进行工业化生产，极大节省人工成本；（4）施工工程中产生的建筑垃圾和污染物较少，有利于环境保护[4]，且所用建筑材料可回收再利用，可大大减少建筑垃圾，满足国家绿色可持续发展战略；（5）相比混凝土和砌体结构，冷弯薄壁型钢结构组合墙体较薄，可增加套内使用面积；（6）发展冷弯薄壁型钢结构房屋可有效化解我国产能过剩、推进我国装配式建筑发展和建筑工业化的进程。由于冷弯薄壁型钢结构房屋的一系列优点，其早已在美国、日本、澳大利亚等国得到了普及，成为低层住宅的重要结构形式[5,6]。从 21 世纪起，我国开始从国外引进低层

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长安大学硕士学位论文台试验。模型 1 由冷弯薄壁型钢结构框架、未覆面板的剪力墙、覆面板屋盖、的组合楼盖等构成，主要由结构骨架构成，如图 1.3 所示。模型 2 结构体系与同，但包含了所有的覆面结构，如图 1.4 所示。通过对其进行振动台试验，观象可知，在地震作用下，房屋的破坏主要集中在非结构构件，结构构件完好，薄壁型钢结构房屋具有良好的抗震性能。

【参考文献】