冷弯薄壁型钢住宅拟静力抗震试验研究

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冷弯薄壁型钢住宅结构体系是一种新型的轻钢房屋建筑体系,因自身具备布局灵活、施工周期短、抗震性能好、安装方便、自重轻、环境污染小、住宅产业现代化程度高等优点,在我国大力推进建设节约型社会,走可持续发展道路的背景下,冷弯薄壁型钢住宅结构体系的发展和研究获得了广阔的发展空间。目前,这种结构体系在我国还处于初步发展阶段,关于住宅整体框架结构的研究资料较少,相应的设计标准和技术规范还不完善,因此,冷弯薄壁型钢住宅整体结构体系的抗震性能研究对此种体系的发展和推广起到一定的作用。鉴于冷弯薄壁型钢住宅整体结构体系复杂的受力特性,在查阅国内外大量的文献资料的基础之上,本文通过ABAQUS有限元分析软件对冷弯薄壁型钢住宅的墙体进行了数值模拟分析,通过对冷弯薄壁型钢住宅骨架足尺模型进行低周反复加载试验,结合有限元分析和试验的相关结论,对冷弯薄壁型钢住宅整体结构体系的抗震性能进行了研究。首先,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,根据试验模型的空间布局和墙体类型,制定了相关的拟静力抗震试验方案,细化了试验的过程。其次,利用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分析,根据实际的住宅墙体构造,考虑了构件开洞切割面和节点连接处的构造方式对节点受力的影响,设置恰当的边界条件,主要的墙体构件冷弯薄壁C型钢采用壳单元,根据模拟结果分析冷弯薄壁型钢住宅墙体的受力特性和破坏机理,由应力云图可知墙体横撑处节点构件开口切割面处较为严重,为试验提供可靠的参考。然后,通过对冷弯薄壁型钢住宅进行水平低周反复加载试验可知,冷弯薄壁型钢住宅的破坏主要是由于横撑节点处构件开口切割面部位的翼缘屈曲变形和撕裂,与墙体有限元模拟的破坏结果相一致。节点处的构造形式、斜撑的数量和墙体开洞对结构的抗震性能有一定的影响,构造类型不同,在循环加载情况下,节点的破坏形态和破坏程度不同。最后,比较二层东西两侧的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗能特性、刚度退化和强度退化等抗震性能指标可知,水平加载方向不同,墙体的刚度退化程度、耗能能力、延性和极限位移值等都不同;开洞墙体的整体承载力和刚度会降低,但整体延性较好;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。
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