装配式轻钢轻混组合墙体拟静力性能研究.pdf
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1、-20-www.ivypub.org/ae Architectural Engineering Volume 6,2022,PP.20-27 Study on Quasi-Static Performance of Fabricated Light Steel Light Concrete Composite Wall Yan Wu,Yaguang Yan#School of Civil Engineering,Hebei University of Engineering,Handan,Hebei,056107,China Email: Abstract In this paper,the
2、influence of various parameters on the quasi-static performance of light steel light concrete composite wall is studied by finite element simulation.The finite element simulation shows that among the three factors of composite wall thickness,granular concrete strength and light steel keel section th
3、ickness,the wall thickness has little influence on the bearing capacity of the composite wall.The effect of concrete strength on the bearing capacity is mainly reflected in the early stage of loading,and the light steel keel section thickness has great influence on the bearing capacity of the wall.T
4、he research shows that the optimum wall thickness of light steel light concrete composite wall is 140mm;The best strength of granular concrete is 15MPa;The optimal section thickness of light steel keel needs to be selected according to the actual engineering needs.The research results can provide a
5、reference for the design of light steel light concrete structure system in practical projects.Keywords:Light Steel Joist;Granular Concrete;Finite Element Simulation;Skeleton Curve 装配式轻钢轻混组合墙体拟静力性能研究 吴雁,闫亚光 河北工程大学土木工程学院,河北邯郸 056107 摘 要:本文主要通过有限元模拟研究了各参数对轻钢轻混组合墙体拟静力性能的影响。有限元模拟表明:组合墙体厚度、筑粒混凝土强度以及轻钢龙骨截面
6、厚度三种因素中墙体厚度对于组合墙体的承载力影响较小,混凝土强度对承载力的作用主要体现在加载前期,轻钢龙骨截面厚度对于墙体的承载力影响较大。通过研究表明轻钢轻混组合墙体的最适宜墙体厚度为 140mm;最佳的筑粒混凝土强度为 15MPa;而最优的轻钢龙骨截面厚度则需要根据实际工程来选取,低层建筑轻钢龙骨厚度一般选取 1.15mm。研究成果可为轻钢轻混结构体系在实际工程中的设计起到参考意义。关键词:轻钢龙骨;筑粒混凝土;有限元模拟;骨架曲线 引言 装配式轻钢轻混体系主要组成构件是基础,墙板,楼板、屋盖系统和连接件等。墙板,楼板、屋盖系统等构件都可在工厂预加工,在项目属地现场按不同设计要求灵活组合,可
7、做到相对标准化的构件与节点组装工艺。如图 1 所示。如图 2 所示:预制轻钢轻混组合墙体的主要受力构件是冷弯薄壁型钢 C 型龙骨,组合墙体的轻钢龙骨两侧挂上抗裂网,将筑粒混凝土灌入其中,墙体两侧外表面使用砂浆抹灰涂抹至 2mm 厚度,墙体骨架四周龙骨外露处理,便于墙体下一步与其它构件连接,为了在装配式构件的生产、安装、运输等过程中方便和降低成本,组合墙体使用密度小的的筑粒混凝土,此外筑粒混凝土还能起到保护钢筋网片的用处。国内外学者对此外国内高校在低多层建筑方面同样做了许多研究:东南大学高晗1研究发现新型组合截面冷成型钢框架结构中,梁-柱节点的构造形式和力学性能对整体结构性能的影响至关重要,并且
8、对于四种-21-www.ivypub.org/ae 适用于低多层的梁柱节点模型进行了实验分析和有限元模拟;天津大学韩弘烨2对一种适用于低多层模块化钢结构体系的新型全螺栓连接节点,进行了试验研究、有限元分析和理论分析研究;重庆大学李荣3以低多层装配式建筑为切入点,结合半刚性连接的特性,将钢结构中常用的角钢连接节点以及端板连接节点应用于混凝土结构,提出了两种类型的全装配式梁柱节点连接形式,采用高强螺栓将角钢组件或者端板组件、预制梁、预制柱连接在一起,通过实验验证了该节点具有较好的变形能力和耗能能力;中南林业科技大学刘朋4针对一种干法连接多层混凝土墙板结构体系,依托有限元分析研究,给出其关键连接节点
9、简化的力学本构,并对相应的接缝抗剪性能进行了研究,分析了该新型结构体系的抗震性能;哈尔滨理工大学王舒5提出秸秆-钢复合板墙装配式结构体系的概念,将秸秆板作为建筑材料运用于装配式建筑,为秸秆的综合利用和新型装配式建筑结构体系的研发提供了新的思路;清华大学初明进6通过实验证明了一种新型工业化冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙的力学性能良好;DallAsta A 等7基于延性理论改进了钢框架-混凝土组合墙体结构,研究得出该结构体系受力分布更合理,耗能性能更加优良,优化效果显著。图 1装配式轻钢轻混组成构件 图 2 轻钢轻混组合墙体构造 -22-www.ivypub.org/ae 本文将模拟得出滞回曲线及骨架曲
10、线用以对组合墙体的拟静力性能进行评估,还将利用各个参数下的骨架曲线进行对比进而判断各个参数对于墙体拟静力性能的影响。1 组合墙体有限元模型建立 1.1 单元类型选取 本文使用 Abaqus 进行模拟,轻钢轻混组合墙体轻钢骨架采用 S4R 壳单元。筑粒混凝土采用 C3D8R 实体单元进行模拟。抗裂钢筋网片选用的是 T3D2 桁架单元,即只考虑轴向力的作用。1.2 材料类型选取 轻钢龙骨选型为 C89 41 11.5mm 壁厚选为 1.15mm,本文模拟钢材均均使用理想弹塑性模型,弹性模量 E 定为 2 l05N/mm2,泊松比取为 0.3。根据文献资料,取屈服强度为 303.7MPa。筑粒混凝土
11、(SG 超轻质聚合物骨料混凝土)对其抗压强度暂定为 10MPa,弹性模量为 17636MPa,泊松比取为 0.2。混凝土材料性质模型一般有弥散模型和混凝土塑性损伤模型,在这里选取混凝土的 CDP 即塑性损伤模型进行模拟,损伤模型基于混凝土结构设计规范(GB50010-2010)8规范的塑性损伤模型参数计算得出。轻钢龙骨两侧抗裂钢筋网片为圆 3 间距 50 排布的电焊镀锌钢筋,根据资料取弹性模量 E 为 1.9 l05N/mm2,泊松比取值为0.3。屈服强度取值为 210MPa,此时的塑性应变为 0。1.3 有限元模型 装配式轻钢轻混组合墙体模型高度为 3m,组合墙体长 3.6m,墙体厚度 12
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