[01343582]冷弯薄壁型钢轻型钢结构抗震性能研究及应用

本项目设计和制作了一栋1：1的两层冷弯薄壁型钢住宅整体结构的骨架足尺模型,充分考虑了实验模型住宅的空间布局和墙体类型。ABAQUS有限元分析软件对冷弯薄壁型钢住宅单层的平面内受力墙体进行了数值模拟计算,数值模拟结果表明：主要的墙体构件冷弯薄壁C型钢宜采用壳单元模拟材料的非线性,通过应力云图得到冷弯薄壁型钢住宅墙体的受力特性和破坏机理,判断出主要破坏位置为墙体横撑处节点构件开口切割面处的破坏。 对冷弯薄壁型钢住宅进行水平进行低周反复加载,由试验现象可知住宅的破坏主要是由于横撑处节点处构件开口切割面处的翼缘屈曲变形和撕裂,未开窗墙体Q2横撑处节点破坏中上斜撑翼缘破坏严重,而开窗墙体Q4则表现为横撑翼缘破坏严重,试验现象与有限元模拟结果相吻合。墙体构造形式、斜撑的数量、节点的构造形式、开洞位置和墙体的走向等对住宅的抗震性能有一定的影响,上部斜撑受拉时,墙体刚度下降速度慢。不同类型的墙体在不同加载方向下,破坏节点处的斜撑的屈曲方向不同,同时墙体两侧构件翼缘的开裂程度不同。通过分析试验数据可得：不同类型的墙体,水平加载方向不同,墙体的受力方式和耗能特性不同,对房屋整体的抗震性能起到的作用也不同。墙体开洞可造成墙体的整体刚度和承载力降低,但可以提高墙体的整体延性,二层东西侧的等效粘滞阻尼系数均大于0.1。 节点处破坏均为塑性破坏,在房屋失去承载力时,均为节点处破坏严重,但房屋没有发生倒塌现象,说明冷弯薄壁型钢住宅整体结构体系抗震性能好。通过对国内外文献的查阅,发现当前关于冷弯薄壁型钢国内研究多处于墙体覆面板的抗震性能方面,对其骨架破坏形式和房屋整体动力响应及抗震性能研究较少,因此我校通过对一面冷弯薄壁型钢墙体骨架进行拟动力试验,分析了地震作用下墙体的整体响应,滞回性能,刚度退化和墙体骨架破坏形式等,并使用有限元软件ABAQUS对其进行拟动力试验模拟,模拟结果与试验结果对比分析,验证模型的有效性,同时考虑5种斜撑布置形式和3种墙体类型在地震下的响应,分析了斜撑数量和布置形式对墙体抗震性能的影响及冷弯薄壁型钢房屋中不同类型的墙体抗震性能及破坏形式。得出斜撑数量对结构抗侧刚度有显著影响;不同的斜撑布置形式抗侧刚度差别较大等。其次,由于国内外学者对冷弯薄壁型钢的研究多在于局部构件上,对该结构房屋整体性能研究较少,为揭示该结构在地震下的动力响应及破坏形式,在墙体试验完成之后,又对一栋一层足尺冷弯薄壁型钢房屋骨架进行拟动力试验,分析了地震作用下房屋的整体响应,刚度退化性能,墙体骨架破坏形式等,并对结构破坏程度进行评估。结果表明：7度多遇、8度多遇和7度罕遇相对于6度多遇地震下,结构抗侧刚度分别退化了13.43％、30％和74.78％;结构在EL-Centro波四个工况下的破坏状态分别为：完好、完好、轻微损伤和中等破坏,与结构破坏现象相符合,7度罕遇地震下未超过规范规定的最大层间位移角限值,满足“小震不坏,中震可修,大震不倒”的设计目标;平面内墙体骨架节点破坏形式多为弯扭破坏,中间带门墙破坏最为严重,其次是两侧墙体,且斜撑布置方式对结构内力分布具有较大影响;墙体中间一排节点与门窗洞口处为结构最薄弱的位置,这些部位的变形会导致结构刚度急剧下降。