轻钢灌浆墙体抗震性能试验与设计方法研究

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轻钢灌浆墙结构体系是一种新型装配式建筑结构体系,具有抗震优良、节能环保、施工快速、经济实用、防火防腐、隔音、保温隔热一体化等特点。本文以试验为基础,利用ABAQUS建立轻钢灌浆墙体有限元模型,对墙体抗震性能及抗剪承载力影响因素进行了分析。结合试验结果和有限元模拟,对墙体设计方法进行研究,为轻钢灌浆墙体技术规程的编制及推广应用提供科学依据。本文主要完成的工作及成果如下:(1)进行了 5片1:1轻钢灌浆墙体的低周往复加载试验,分析总结了墙体的破坏模式、滞回性能、抗剪承载能力、延性性能、耗能能力和刚度退化等规律。试验结果表明:灌浆墙体在层间位移角1/300左右时屈服,极限层间位移角达到1/50。灌浆墙体的抗剪承载力为空框架墙体的3.3倍,初始抗侧刚度为空框架墙体的4倍,累积耗能为空框架墙体的2.4倍;有蒙皮灌浆墙体抗剪承载力比无蒙皮灌浆墙体提高43%,内外墙面板能抑制聚苯颗粒泡沫混凝土开裂;高宽比为1.5的墙体单位宽度抗剪承载力比高宽比为1的墙体降低27%,高宽比越大,刚度退化越显著。轻钢灌浆墙体主要通过钢材屈服后的弹塑性变形和材料的破坏来实现耗能,试验墙体的延性系数较大,具有良好的变形与耗能能力。(2)采用Abaqus软件对单调荷载作用下的轻钢灌浆墙体进行模拟,将试验墙体破坏特征、荷载-位移曲线和最大抗剪承载力与有限元分析结果进行对比分析,二者吻合较好。在试验结果基础上,利用有限元方法对墙体抗剪承载力影响因素进行了分析。结果表明:填充材料和钢材厚度对墙体抗剪承载力影响最大;内外墙板、斜支撑和高宽比对墙体抗剪承载力影响次之;横龙骨、外挂板种类和竖向荷载对墙体抗剪承载力影响不大。(3)结合试验结果和有限元分析,对轻钢灌浆墙体设计方法进行了研究。提出了轻钢灌浆墙体抗侧刚度计算公式和抗剪承载力计算公式,计算结果与试验吻合较好。对墙体的构造提出优化建议,为轻钢灌浆墙结构的后续研究及工程应用提供依据。
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