平钢板覆面冷弯薄壁型钢剪力墙承载力研究.pdf

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中文图书分类号:TU392.5
密 级:公开
UDC:624
学 校 代 码:10005
硕 士 学 位 论 文
MASTERAL DISSERTATION
论 文 题 目:平钢板覆面冷弯薄壁型钢剪力墙承载力
研究
论 文 作 者:
学 科:土木工程
指 导 教 师:
论文提交日期:2021 年 6 月
UDC:624 学校代码:10005
中文图书分类号:TU392.5 学 号:
北京工业大学工学硕士学位论文
题 目 : 平钢板覆面冷弯薄壁型钢剪力墙承载力研究
英 文 题 目 : STUDY ON SHEAR STRENGTH OF COLD-FORMED
THIN-WALLED STEEL FRAMED SHEAR WALLS WITH
STEEL SHEET SHEATHING
论 文 作 者 :
学 科 专 业 : 土木工程
研 究 方 向 : 冷弯薄壁型钢结构
申 请 学 位 : 工学硕士
指 导 教 师 :
所 在 单 位 : 城市建设学部
答 辩 日 期 : 2021年 6月
授予学位单位 : 北京工业大学
独 创 性 声 明
本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研
究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他
人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构
的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均
已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
签 名:
日 期:2021 年 6 月 日
关于论文使用授权的说明
本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权
保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部
分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。
(保密的论文在解密后应遵守此规定)
签 名: 日 期:2021年 6 月 日
导师签名: 日 期:2021年 6 月 日
摘 要
I
摘 要
冷弯薄壁型钢结构体系是近三十年来一种新型结构体系,主要应用于低层住
宅、商场和办公楼等建筑。其中,墙体是该体系中重要的组成单元。在结构设计
过程中,结构的水平荷载主要由剪力墙承担。冷弯薄壁型钢剪力墙主要由龙骨骨
架和各类覆面板组成。相较于木基材料覆面板剪力墙,平钢板覆面冷弯薄壁型钢
剪力墙因其不可燃性应用较为广泛。随着冷弯薄壁型钢结构体系的日益成熟,该
体系的建筑逐渐从低层向中高层发展,因此对剪力墙的承载力也有了更高的要求。
但目前中美相应规范均难以满足设计需求。为此,提出通过提高墙体龙骨骨架厚
度和使用较小面板螺钉间距来实现更高承载力,进行足尺剪力墙试验为规范补充
修订提供剪力墙名义抗剪承载力建议值。同时,探究改变面板应力场分布对剪力
墙力学性能的影响。基于试验结果,通过 Abaqus 软件建立不带刚性支撑和带刚
性支撑的平钢板覆面冷弯薄壁型钢剪力墙的有限元精细化模型,并对其进行变参
分析。最后,基于试验结果和有限元分析结果,对平钢板覆面冷弯薄壁型钢剪力
墙承载力的计算方法展开研究。本文主要研究内容包含以下三个方面:
(1) 分别对 8 片经典平钢板覆面冷弯薄壁型钢剪力墙试件进行足尺试验
研究,包括“不带刚性支撑的平钢板覆面冷弯薄壁型钢剪力墙”和“带
刚性支撑的冷弯薄壁型钢剪力墙”两类墙体试件,探明了其破坏模式
及其破坏机理,得到了各试件的力学性能指标,探究了加载方式、刚
性支撑对剪力墙力学性能的影响。此外,对 2 片新型平钢板覆面冷弯
薄壁型钢剪力墙试件进行足尺试验研究,包括“面板应力场四分区的
平钢板覆面冷弯薄壁型钢剪力墙”和“面板应力场六分区的冷弯薄壁
型钢剪力墙”两类墙体试件,探究面板应力场改变对平钢板覆面冷弯
薄壁型钢剪力墙的影响。试验结果分析表明:不带刚性支撑的剪力墙
破坏模式为面板屈曲和边立柱屈曲,带刚性支撑的剪力墙破坏模式为
面板屈曲和螺钉处面板撕裂;刚性支撑有利于剪力墙龙骨骨架的稳定
性,提高剪力墙的承载力;加载方式为剪力墙峰值荷载影响较小,但
对峰值位移影响较大;面板应力场六分区的剪力墙承载力提升较大,
同时延性下降较大。
(2) 以不带刚性支撑和带刚性支撑的剪力墙为原型,采用 Abaqus 软件建
立相应的有限元精细化模型,通过试验现象对比、试验结果对比和规
范对比三个方面验证了有限元模型的可行性,进而通过变参得到更多
的剪力墙承载力数据。有限元分析主要结论:建立了可行的较小螺钉
间距下平钢板覆面冷弯薄壁型钢剪力墙有限元模型;有限元模型可以
较好的预测带刚性支撑的平钢板覆面冷弯薄壁型钢剪力墙承载力;带
北京工业大学工学硕士学位论文
II
刚性支撑的剪力墙承载力与龙骨骨架厚度大致呈线性关系。
(3) 基于试验结果,提出龙骨骨架厚度为 1.727mm 的平钢板覆面冷弯薄
壁型钢剪力墙的名义抗剪承载力建议值。结合有限元分析结果,验证
了北美 AISI S240 和 AISI S400 中有效条解析方法的适用性,并给出
初步修正。结果表明:有效条法适用于不带刚性支撑的剪力墙,而对
带刚性支撑的剪力墙而言偏于保守;提出了适用于计算带刚性支撑剪
力墙承载力的修正计算公式,构件厚度影响系数修正为β1=0.266、β
2=0.266。
关键词:冷弯薄壁型钢剪力墙;平钢板覆面;试验研究;有限元模拟;计算方法
Abstract
III
Abstract
The cold-formed thin-walled steel(CFS) structure system is a new type of structure
system in the past 30 years, mainly used in low-rise residential buildings, shopping
malls and office buildings. The wall system is an important component of the system.
In the process of structural design, the horizontal load of the structure is mainly beared
by the shear wall mainly composed of frame and various sheathings. Compared with
shear wall with the wood-based material sheathing, the CFS framed shear wall with
steel sheet sheathing is more widely used due to its non-combustibility.

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