多层超薄壁冷弯型钢结构体系抗震性能分析与试验研究
发布时间：2021-05-15 01:42
超薄壁冷弯型钢房屋的部件采用工厂化生产,现场分层装配的工艺流程,符合国家提出的建筑工业化要求。已有研究表明低层房屋具有良好的抗震性能,可广泛应用于高烈度抗震设防区。但当结构用于多层房屋中时,随层数增加水平地震作用将增大,仅通过加强抗侧构件等措施很难保证结构安全,需针对结构分散承载具有明显的空间整体性、多杆件及多层带来的轴压增大等特点,开展部件抗震性能及结构抗震设计方法等重要问题的研究,能较高效的完成房屋在不同地震强度下的损伤评估,并完成结构抗震设计,确保结构承载安全可靠。本文对多层房屋体系开展了系列试验研究与理论分析,包括层间加强方法、组合墙体-楼板节点抗震、含有楼层连接处的双层组合墙体抗剪及结构的抗震设计方法等。具体工作内容如下:（1）提出了对处于结构薄弱部位的楼层连接处采取构造加强的5种方法,将其应用于房屋层间构造加强措施中;对部件开展力学性能研究,获得承载力及变形等指标,从结构层间位移角限值及抗破坏能力方面考虑,确定加强部件的适用性。（2）提出了对含有楼层连接处的23个双层组合墙体足尺试件开展低周往复加载的抗剪性能研究,考虑抗拔锚栓形式及数量、面板类型及厚度、轴压力和层间加强部件...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：170 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 超薄壁冷弯型钢结构研究现状
1.2.1 墙架柱-楼层梁连接研究现状
1.2.2 组合墙体抗剪性能研究现状
1.2.3 整体结构抗震性能研究现状
1.2.4 地震作用下基于损伤的抗震性能评估方法
1.3 规范中连接构造及结构限值要求
1.4 本文研究内容及技术路线
1.4.1 主要研究内容
1.4.2 总体技术路线
第2章 超薄壁冷弯型钢房屋层间加强方法
2.1 引言
2.2 组合墙体构造分析
2.3 组合墙体-楼层梁连接方法
2.3.1 规程推荐连接传力机理及构造规定
2.3.2 角钢加强型连接
2.4 楼层连接处加强方法
2.4.1 外墙加强方法
2.4.2 加强桁架承载性能分析
2.4.3 试验及有限元对比分析
2.4.4 有限元参数化分析
2.4.5 加强桁架承载性能对比
2.4.6 内墙加强方法
2.4.7 内墙有限元分析
2.5 本章小结
第3章 墙架柱-楼层梁及考虑蒙皮后的节点抗震性能研究
3.1 引言
3.2 试验目的
3.3 试件和材性
3.3.1 试件设计
3.3.2 材料性能
3.4 试验装置及加载制度
3.4.1 试验装置
3.4.2 加载制度
3.4.3 测点布置
3.5 试验现象
3.5.1 矩形墙架柱截面系列试件
3.5.2 C型墙架柱截面系列试件
3.6 试验结果
3.6.1 C型截面墙架柱荷载-位移(P-Δ)曲线
3.6.2 矩型截面墙架柱荷载-位移(P-Δ)曲线
3.6.3 主要试验结果
3.6.4 耗能系数和延性系数
3.6.5 节点刚度
3.6.6 骨架曲线对比分析
3.6.7 应变及分析
3.7 考虑蒙皮的组合墙体-楼板节点抗震性能试验研究
3.7.1 试验概况
3.7.2 试验现象及破坏特征
3.7.3 试验结果及分析
3.8 墙架柱-楼层梁节点抗震性能有限元分析
3.8.1 有限元分析模型
3.8.2 单元选取
3.8.3 材料特性
3.8.4 建模方式及网格划分
3.8.5 自攻螺钉简化处理方法
3.8.6 接触处理及边界条件
3.8.7 加载方式及求解设置
3.9 有限元分析模型验证
3.9.1 破坏模式对比
3.9.2 滞回曲线对比
3.9.3 承载力特征值对比
3.10 有限元参数化分析
3.10.1 轴压比影响
3.10.2 角钢厚度影响分析
3.11 本章小结
第4章 双层组合墙体抗剪性能试验研究
4.1 引言
4.2 试验目的
4.3 试件设计
4.4 试验装置及加载制度
4.5 测点布置及试件破坏认定
4.6 边墙体欧松板系列试件
4.6.1 试验现象及破坏特征
4.6.2 滞回曲线
4.6.3 骨架曲线
4.6.4 试件屈服荷载、破坏荷载的确定
4.6.5 耗能及延性性能
4.6.6 刚度退化
4.6.7 承载力退化曲线
4.6.8 荷载-应变曲线
4.6.9 试验小结
4.7 边墙其它类面板试件
4.7.1 试件设计
4.7.2 试验现象及破坏特征
4.7.3 滞回曲线
4.7.4 骨架曲线
4.7.5 试件屈服及破坏荷载确定
4.7.6 耗能及延性
4.7.7 刚度退化
4.7.8 承载力退化
4.7.9 试验小结
4.8 中间墙体试件
4.8.1 试件设计
4.8.2 试验现象及破坏特征
4.8.3 滞回曲线
4.8.4 骨架曲线
4.8.5 试件屈服、极限、破坏荷载
4.8.6 刚度退化
4.8.7 承载力退化
4.8.8 试验小结
4.9 本章小结
第5章 双层组合墙体抗剪性能理论研究
5.1 承载力计算及分析
5.1.1 自攻螺钉承载力计算
5.1.2 抗剪承载力计算及分析
5.2 墙体抗侧移刚度理论计算
5.2.1 抗侧移刚度确定方法
5.2.2 中间墙体抗侧移刚度计算
5.2.3 边墙体抗侧移刚度理论计算
5.3 有限元分析
5.3.1 有限元分析说明
5.3.2 建模方式及网格划分
5.3.3 自攻螺钉简化及耦合处理
5.3.4 接触处理及边界条件
5.3.5 破坏模式对比
5.3.6 承载力特征值对比
5.4 有限元参数化分析
5.4.1 轴压力影响分析
5.4.2 面板材料影响分析
5.4.3 面板厚度影响分析
5.4.4 楼层梁间距影响分析
5.5 本章小结
第6章 地震作用下多层房屋简化设计方法研究
6.1 结构地震反应分析及模型简化
6.1.1 地震反应分析方法
6.1.2 等代拉杆刚度计算推导
6.1.3 多层房屋简化分析模型的建立
6.2 有限元模拟验证
6.3 多层房屋地震反应简化分析
6.3.1 地震波的选择
6.3.2 结构自振周期与阵型
6.3.3 加速度时程曲线分析
6.3.4 有限元分析与底部剪力法计算结果对比
6.3.5 多遇地震作用下结构响应分析
6.4 罕遇地震作用下结构响应分析
6.4.1 加速度响应及分析
6.4.2 层间位移响应及分析
6.5 结构基于损伤的抗震设计方法研究
6.5.1 振动台损伤参数
6.5.2 墙体抗剪损伤参数
6.5.3 双层墙体损伤参数
6.5.4 组合墙体-楼板节点损伤情况
6.5.5 多层房屋损伤状态判据确定
6.5.6 多层房屋损伤评定方法
6.6 本章小结
结论及展望
1 结论
2 展望
参考文献
致谢
附录 A攻读学位期间发表的学术论文及专利
附录 B攻读学位期间参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]装配式冷弯薄壁型钢结构中4种连接的抗剪性能试验研究[J]. 闫维明,慕婷婷,谢志强,宋林琳. 北京工业大学学报. 2018(08)
[2]冷弯薄壁型钢龙骨式剪力墙抗震性能简化及精细化数值模拟研究[J]. 李元齐,马荣奎. 建筑钢结构进展. 2017(06)
[3]多层冷弯薄壁型钢结构住宅抗震性能分析[J]. 周绪红,管宇,石宇. 建筑钢结构进展. 2017(06)
[4]双肢冷弯薄壁型钢拼合箱形柱受压试验研究与有限元分析[J]. 聂少锋,周天华,周绪红,李方涛,孙玉金. 建筑结构学报. 2017(10)
[5]夹芯墙板覆面冷弯薄壁型钢承重复合墙体受剪试验[J]. 陈伟,叶继红,许阳. 建筑结构学报. 2017(07)
[6]绿色装配式钢结构建筑体系研究与应用[J]. 郝际平,孙晓岭,薛强,樊春雷. 工程力学. 2017(01)
[7]超薄壁冷弯型钢矩形截面钢管墙架柱-楼层梁连接抗震性能试验研究[J]. 褚云朋,姚勇. 建筑结构学报. 2016(07)
[8]基于概率的钢框架结构地震失效模式识别方法[J]. 徐龙河,吴耀伟,李忠献. 工程力学. 2016(05)
[9]基于修正的Park-Ang损伤模型在钢构件中的应用[J]. 周知,钱江,黄维. 建筑结构学报. 2016(S1)
[10]多层轻钢房屋建筑结构——轻钢龙骨式复合剪力墙结构体系研究进展[J]. 叶继红. 哈尔滨工业大学学报. 2016(06)
博士论文
[1]水平地震作用下多层冷弯薄壁型钢结构住宅的抗震性能研究[D]. 石宇.长安大学 2008
[2]冷弯型钢骨架墙体抗剪性能试验与理论研究[D]. 郭鹏.西安建筑科技大学 2008
硕士论文
[1]冷弯薄壁型钢C-C型梁柱钢板—螺栓节点力学性能研究[D]. 钟延营.北京交通大学 2010
[2]高强冷弯薄壁型钢单面覆板墙体立柱轴压性能试验研究[D]. 马荣奎.西安建筑科技大学 2008
[3]高强冷弯薄壁型钢骨架带交叉支撑墙体抗剪性能研究[D]. 陈卫海.西安建筑科技大学 2008
[4]冷成型薄壁C型钢压弯构件滞回性能研究[D]. 陆曦.南京工业大学 2006
[5]钢板连接对冷弯薄壁C型钢梁柱节点的受力影响及有限元分析[D]. 乔存怀.重庆大学 2006
[6]冷弯型钢立柱组合墙体抗剪承载力简化计算方法研究[D]. 聂少锋.长安大学 2006
[7]新型轻钢龙骨体系梁—柱节点试验性研究及有限元分析[D]. 陈坚.武汉理工大学 2006
[8]冷弯薄壁型钢框架半刚性节点动力性能试验研究及有限元分析[D]. 王军.重庆大学 2005
[9]低层冷弯薄壁型钢结构住宅组合墙体抗剪承载力研究[D]. 石宇.长安大学 2005
本文编号：3186703
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：170 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 超薄壁冷弯型钢结构研究现状
1.2.1 墙架柱-楼层梁连接研究现状
1.2.2 组合墙体抗剪性能研究现状
1.2.3 整体结构抗震性能研究现状
1.2.4 地震作用下基于损伤的抗震性能评估方法
1.3 规范中连接构造及结构限值要求
1.4 本文研究内容及技术路线
1.4.1 主要研究内容
1.4.2 总体技术路线
第2章 超薄壁冷弯型钢房屋层间加强方法
2.1 引言
2.2 组合墙体构造分析
2.3 组合墙体-楼层梁连接方法
2.3.1 规程推荐连接传力机理及构造规定
2.3.2 角钢加强型连接
2.4 楼层连接处加强方法
2.4.1 外墙加强方法
2.4.2 加强桁架承载性能分析
2.4.3 试验及有限元对比分析
2.4.4 有限元参数化分析
2.4.5 加强桁架承载性能对比
2.4.6 内墙加强方法
2.4.7 内墙有限元分析
2.5 本章小结
第3章 墙架柱-楼层梁及考虑蒙皮后的节点抗震性能研究
3.1 引言
3.2 试验目的
3.3 试件和材性
3.3.1 试件设计
3.3.2 材料性能
3.4 试验装置及加载制度
3.4.1 试验装置
3.4.2 加载制度
3.4.3 测点布置
3.5 试验现象
3.5.1 矩形墙架柱截面系列试件
3.5.2 C型墙架柱截面系列试件
3.6 试验结果
3.6.1 C型截面墙架柱荷载-位移(P-Δ)曲线
3.6.2 矩型截面墙架柱荷载-位移(P-Δ)曲线
3.6.3 主要试验结果
3.6.4 耗能系数和延性系数
3.6.5 节点刚度
3.6.6 骨架曲线对比分析
3.6.7 应变及分析
3.7 考虑蒙皮的组合墙体-楼板节点抗震性能试验研究
3.7.1 试验概况
3.7.2 试验现象及破坏特征
3.7.3 试验结果及分析
3.8 墙架柱-楼层梁节点抗震性能有限元分析
3.8.1 有限元分析模型
3.8.2 单元选取
3.8.3 材料特性
3.8.4 建模方式及网格划分
3.8.5 自攻螺钉简化处理方法
3.8.6 接触处理及边界条件
3.8.7 加载方式及求解设置
3.9 有限元分析模型验证
3.9.1 破坏模式对比
3.9.2 滞回曲线对比
3.9.3 承载力特征值对比
3.10 有限元参数化分析
3.10.1 轴压比影响
3.10.2 角钢厚度影响分析
3.11 本章小结
第4章 双层组合墙体抗剪性能试验研究
4.1 引言
4.2 试验目的
4.3 试件设计
4.4 试验装置及加载制度
4.5 测点布置及试件破坏认定
4.6 边墙体欧松板系列试件
4.6.1 试验现象及破坏特征
4.6.2 滞回曲线
4.6.3 骨架曲线
4.6.4 试件屈服荷载、破坏荷载的确定
4.6.5 耗能及延性性能
4.6.6 刚度退化
4.6.7 承载力退化曲线
4.6.8 荷载-应变曲线
4.6.9 试验小结
4.7 边墙其它类面板试件
4.7.1 试件设计
4.7.2 试验现象及破坏特征
4.7.3 滞回曲线
4.7.4 骨架曲线
4.7.5 试件屈服及破坏荷载确定
4.7.6 耗能及延性
4.7.7 刚度退化
4.7.8 承载力退化
4.7.9 试验小结
4.8 中间墙体试件
4.8.1 试件设计
4.8.2 试验现象及破坏特征
4.8.3 滞回曲线
4.8.4 骨架曲线
4.8.5 试件屈服、极限、破坏荷载
4.8.6 刚度退化
4.8.7 承载力退化
4.8.8 试验小结
4.9 本章小结
第5章 双层组合墙体抗剪性能理论研究
5.1 承载力计算及分析
5.1.1 自攻螺钉承载力计算
5.1.2 抗剪承载力计算及分析
5.2 墙体抗侧移刚度理论计算
5.2.1 抗侧移刚度确定方法
5.2.2 中间墙体抗侧移刚度计算
5.2.3 边墙体抗侧移刚度理论计算
5.3 有限元分析
5.3.1 有限元分析说明
5.3.2 建模方式及网格划分
5.3.3 自攻螺钉简化及耦合处理
5.3.4 接触处理及边界条件
5.3.5 破坏模式对比
5.3.6 承载力特征值对比
5.4 有限元参数化分析
5.4.1 轴压力影响分析
5.4.2 面板材料影响分析
5.4.3 面板厚度影响分析
5.4.4 楼层梁间距影响分析
5.5 本章小结
第6章 地震作用下多层房屋简化设计方法研究
6.1 结构地震反应分析及模型简化
6.1.1 地震反应分析方法
6.1.2 等代拉杆刚度计算推导
6.1.3 多层房屋简化分析模型的建立
6.2 有限元模拟验证
6.3 多层房屋地震反应简化分析
6.3.1 地震波的选择
6.3.2 结构自振周期与阵型
6.3.3 加速度时程曲线分析
6.3.4 有限元分析与底部剪力法计算结果对比
6.3.5 多遇地震作用下结构响应分析
6.4 罕遇地震作用下结构响应分析
6.4.1 加速度响应及分析
6.4.2 层间位移响应及分析
6.5 结构基于损伤的抗震设计方法研究
6.5.1 振动台损伤参数
6.5.2 墙体抗剪损伤参数
6.5.3 双层墙体损伤参数
6.5.4 组合墙体-楼板节点损伤情况
6.5.5 多层房屋损伤状态判据确定
6.5.6 多层房屋损伤评定方法
6.6 本章小结
结论及展望
1 结论
2 展望
参考文献
致谢
附录 A攻读学位期间发表的学术论文及专利
附录 B攻读学位期间参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]装配式冷弯薄壁型钢结构中4种连接的抗剪性能试验研究[J]. 闫维明,慕婷婷,谢志强,宋林琳. 北京工业大学学报. 2018(08)
[2]冷弯薄壁型钢龙骨式剪力墙抗震性能简化及精细化数值模拟研究[J]. 李元齐,马荣奎. 建筑钢结构进展. 2017(06)
[3]多层冷弯薄壁型钢结构住宅抗震性能分析[J]. 周绪红,管宇,石宇. 建筑钢结构进展. 2017(06)
[4]双肢冷弯薄壁型钢拼合箱形柱受压试验研究与有限元分析[J]. 聂少锋,周天华,周绪红,李方涛,孙玉金. 建筑结构学报. 2017(10)
[5]夹芯墙板覆面冷弯薄壁型钢承重复合墙体受剪试验[J]. 陈伟,叶继红,许阳. 建筑结构学报. 2017(07)
[6]绿色装配式钢结构建筑体系研究与应用[J]. 郝际平,孙晓岭,薛强,樊春雷. 工程力学. 2017(01)
[7]超薄壁冷弯型钢矩形截面钢管墙架柱-楼层梁连接抗震性能试验研究[J]. 褚云朋,姚勇. 建筑结构学报. 2016(07)
[8]基于概率的钢框架结构地震失效模式识别方法[J]. 徐龙河,吴耀伟,李忠献. 工程力学. 2016(05)
[9]基于修正的Park-Ang损伤模型在钢构件中的应用[J]. 周知,钱江,黄维. 建筑结构学报. 2016(S1)
[10]多层轻钢房屋建筑结构——轻钢龙骨式复合剪力墙结构体系研究进展[J]. 叶继红. 哈尔滨工业大学学报. 2016(06)
博士论文
[1]水平地震作用下多层冷弯薄壁型钢结构住宅的抗震性能研究[D]. 石宇.长安大学 2008
[2]冷弯型钢骨架墙体抗剪性能试验与理论研究[D]. 郭鹏.西安建筑科技大学 2008
硕士论文
[1]冷弯薄壁型钢C-C型梁柱钢板—螺栓节点力学性能研究[D]. 钟延营.北京交通大学 2010
[2]高强冷弯薄壁型钢单面覆板墙体立柱轴压性能试验研究[D]. 马荣奎.西安建筑科技大学 2008
[3]高强冷弯薄壁型钢骨架带交叉支撑墙体抗剪性能研究[D]. 陈卫海.西安建筑科技大学 2008
[4]冷成型薄壁C型钢压弯构件滞回性能研究[D]. 陆曦.南京工业大学 2006
[5]钢板连接对冷弯薄壁C型钢梁柱节点的受力影响及有限元分析[D]. 乔存怀.重庆大学 2006
[6]冷弯型钢立柱组合墙体抗剪承载力简化计算方法研究[D]. 聂少锋.长安大学 2006
[7]新型轻钢龙骨体系梁—柱节点试验性研究及有限元分析[D]. 陈坚.武汉理工大学 2006
[8]冷弯薄壁型钢框架半刚性节点动力性能试验研究及有限元分析[D]. 王军.重庆大学 2005
[9]低层冷弯薄壁型钢结构住宅组合墙体抗剪承载力研究[D]. 石宇.长安大学 2005
本文编号：3186703
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