冷弯薄壁管桁架装配式住宅结构基本构件的静力性能及设计方法

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冷弯薄壁管桁架装配式住宅结构体系具有抗震性能好、建筑布置灵活、工厂化制造、建造周期短等显著优点,适用于单层和多层钢结构住宅,易实现住宅建设产业化,符合我国国情和可持续发展的需要。然而目前对于冷弯薄壁管桁架装配式住宅结构基本构件的研究还不充分,因此,对冷弯薄壁管桁架装配式住宅结构体系的研究具有重要的理论意义和工程实践价值。   本文研究了冷弯薄壁管桁架装配式住宅结构体系的管桁架墙架柱和组合墙体的静力性能和设计方法,主要进行了以下几个方面的研究:(1)采用有限元软件ABAQUS建立了冷弯薄壁管桁架墙架柱的有限元分析模型,分别对其在轴压、纯弯和压弯作用下的力学性能进行数值分析,并用试验结果验证了计算模型。通过大量参数分析,获悉了墙架柱的承载力、变形特征、应力分布,并探讨了墙架柱的工作机理。   (2)进行了6榀足尺冷弯薄壁管桁架装配式住宅结构组合墙体的低周反复试验,了解其抗震性能和破坏模式,研究了墙体的滞回曲线、强度和刚度退化、延性和耗能能力等。试验表明,开洞类型、开洞率和蒙皮板对此类组合墙体的抗震性能影响较大,在设计中应合理考虑这些因素。对于相同尺寸的组合墙体,带OSB板试件的极限水平承载力比不带OSB板试件提高了157.32%,表明OSB板对冷弯薄壁骨架起到良好的蒙皮效应。墙体开洞会削弱其承载力和刚度,开洞率为16.1%、16.2%、32.2%和63.4%组合墙体与不开洞组合墙体相比,其弹性刚度分别减小47.90%、56.67%、61.55%和84.52%,其极限荷载分别减小24.43%、16.76%、15.33%和62.24%。冷弯薄壁管桁架结构组合墙体具有良好的强度和延性,可以安全可靠地应用于低层、多层钢结构住宅中。   (3)采用有限元软件ABAQUS建立了冷弯薄壁管桁架结构组合墙体在竖向荷载和水平荷载作用下的有限元分析模型,分析了其应力分布和变形特征,探讨了其工作机理。研究表明:组合墙体计算模型具有较好的精度,可以应用于冷弯薄壁管桁架装配式住宅结构计算中。   (4)采用有限元软件ABAQUS,对冷弯薄壁管桁架单元墙进行大量的参数分析。研究表明,影响单元墙水平承载力的主要参数有:方钢管厚度、导槽厚度、方钢管材料屈服强度、导槽材料屈服强度和墙架柱间距。影响单元墙弹性刚度的主要参数有:方钢管厚度、导槽厚度和墙架柱间距。同时,提出了改善组合墙体的合理构造措施,以期为工程设计和施工提供参考。
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