新型低层冷弯薄壁型钢住宅结构性能有限元分析

发布时间：2020-08-08 17:13

【摘要】：基于有限元方法对一种新型低层冷弯薄壁钢结构住宅体系进行了分析。分析包括三个层面:钢龙骨、组合墙体和整体模型。在钢龙骨模型中,分析不同的缀板间距对钢龙骨的竖向承载力以及侧向刚度的影响;在墙体模型中,分析了墙体面层材料和龙骨之间的相互作用(蒙皮效应)以及可能的破坏模式,并从中提取组合墙体的侧向刚度以及设计方法;通过组合墙体模型的结果建立一典型住宅整体模型,分析整体结构在地震作用下的反应以及相应的安全余度。结果表明,低层冷弯薄壁型钢结构具有较好的整体性能,能够满足设防烈度8度(0.20g)的承载力和变形要求,且安全储备充足。
【图文】：

表1构件名称截面属性弹性模量(N/mm2)材料强度(N/mm2)钢龙骨2C100×50×10×1206000310缀板—100×50×1206000310CSB板厚度t=10mm750010自攻螺钉直径D=4．2mm206000500(a)组合钢龙骨构成(b)组合墙体构成(单面板)图1构件组成2钢龙骨有限元分析2．1钢龙骨建模建立四种钢龙骨模型:分离式钢龙骨、组合龙骨1(缀板间距1000mm)、组合龙骨2(缀板间距500mm)、等效矩形龙骨，其中等效矩形龙骨截面具有与组合龙骨相同的双向惯性矩。其中组合龙骨C形钢和缀板通过两个自攻螺钉进行连接。模型选取的坐标轴方向如图2所示。图2钢龙骨模型坐标方向及缀板布置对钢龙骨进行水平向和竖向承载力的模拟分析，水平模拟采用上下转角固定进行水平方向推覆，竖向模拟采用5mm偏压分析。两种加载模式见图3。分析中，除等效矩形龙骨之外，其他龙骨考虑几何非线性的影响。(a)水平向(b)Z向图3加载模式2．2分析结果在X方向上，各龙骨模型的变形模式都相同。其中，分离式龙骨模型的侧向刚度很低，为两个C形钢的侧向刚度之和，在分析的极限位移100mm情况下仍未发生屈服;而矩形柱具有最大的侧向刚度和最小的屈服位移;另外两个组合龙骨的变形模式介于二者之间，同时随着缀板间距的减小而越加接近矩形柱的性能。这种结果是和组合结构的性能相一致的:矩形龙骨相当于一个完全组合的柱截面，分离式龙骨相当于一个组合度为0的柱截面，另外两种则为组合系数不同的构件。为保证格构柱具有较大的侧向刚度，建议取缀板间距为500mm，此时组合龙骨刚度和承载力均达到等效矩形截面的80%以上。构件X向位移-力关系曲线见图4。图4钢龙骨X方向上力-位移关系在Y方向上，由于缀板对结构的组合在弹性阶段影响较小，四个构件的结果都很相近;进入屈曲变形?

表1构件名称截面属性弹性模量(N/mm2)材料强度(N/mm2)钢龙骨2C100×50×10×1206000310缀板—100×50×1206000310CSB板厚度t=10mm750010自攻螺钉直径D=4．2mm206000500(a)组合钢龙骨构成(b)组合墙体构成(单面板)图1构件组成2钢龙骨有限元分析2．1钢龙骨建模建立四种钢龙骨模型:分离式钢龙骨、组合龙骨1(缀板间距1000mm)、组合龙骨2(缀板间距500mm)、等效矩形龙骨，其中等效矩形龙骨截面具有与组合龙骨相同的双向惯性矩。其中组合龙骨C形钢和缀板通过两个自攻螺钉进行连接。模型选取的坐标轴方向如图2所示。图2钢龙骨模型坐标方向及缀板布置对钢龙骨进行水平向和竖向承载力的模拟分析，水平模拟采用上下转角固定进行水平方向推覆，竖向模拟采用5mm偏压分析。两种加载模式见图3。分析中，除等效矩形龙骨之外，其他龙骨考虑几何非线性的影响。(a)水平向(b)Z向图3加载模式2．2分析结果在X方向上，各龙骨模型的变形模式都相同。其中，分离式龙骨模型的侧向刚度很低，为两个C形钢的侧向刚度之和，在分析的极限位移100mm情况下仍未发生屈服;而矩形柱具有最大的侧向刚度和最小的屈服位移;另外两个组合龙骨的变形模式介于二者之间，同时随着缀板间距的减小而越加接近矩形柱的性能。这种结果是和组合结构的性能相一致的:矩形龙骨相当于一个完全组合的柱截面，分离式龙骨相当于一个组合度为0的柱截面，另外两种则为组合系数不同的构件。为保证格构柱具有较大的侧向刚度，建议取缀板间距为500mm，此时组合龙骨刚度和承载力均达到等效矩形截面的80%以上。构件X向位移-力关系曲线见图4。图4钢龙骨X方向上力-位移关系在Y方向上，由于缀板对结构的组合在弹性阶段影响较小，四个构件的结果都很相近;进入屈曲变形?

00(a)组合钢龙骨构成(b)组合墙体构成(单面板)图1构件组成2钢龙骨有限元分析2．1钢龙骨建模建立四种钢龙骨模型:分离式钢龙骨、组合龙骨1(缀板间距1000mm)、组合龙骨2(缀板间距500mm)、等效矩形龙骨，其中等效矩形龙骨截面具有与组合龙骨相同的双向惯性矩。其中组合龙骨C形钢和缀板通过两个自攻螺钉进行连接。模型选取的坐标轴方向如图2所示。图2钢龙骨模型坐标方向及缀板布置对钢龙骨进行水平向和竖向承载力的模拟分析，水平模拟采用上下转角固定进行水平方向推覆，竖向模拟采用5mm偏压分析。两种加载模式见图3。分析中，除等效矩形龙骨之外，其他龙骨考虑几何非线性的影响。(a)水平向(b)Z向图3加载模式2．2分析结果在X方向上，各龙骨模型的变形模式都相同。其中，分离式龙骨模型的侧向刚度很低，为两个C形钢的侧向刚度之和，在分析的极限位移100mm情况下仍未发生屈服;而矩形柱具有最大的侧向刚度和最小的屈服位移;另外两个组合龙骨的变形模式介于二者之间，同时随着缀板间距的减小而越加接近矩形柱的性能。这种结果是和组合结构的性能相一致的:矩形龙骨相当于一个完全组合的柱截面，分离式龙骨相当于一个组合度为0的柱截面，另外两种则为组合系数不同的构件。为保证格构柱具有较大的侧向刚度，建议取缀板间距为500mm，此时组合龙骨刚度和承载力均达到等效矩形截面的80%以上。构件X向位移-力关系曲线见图4。图4钢龙骨X方向上力-位移关系在Y方向上，由于缀板对结构的组合在弹性阶段影响较小，四个构件的结果都很相近;进入屈曲变形之后，由于矩形龙骨没有考虑几何非线性的影响其承载力极限略有提高，结果见图5。在Z方向上，由于单根C形钢的沿X方向上的惯性矩很小，分离式龙骨截面竖向承载力较低，且变形371

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本文编号：2785858