填充轻质材料的预制冷成型钢组合墙板的轴压性能与抗剪性能研究

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近几年,随着绿色农房的广泛推广,填充轻质材料的冷成型钢房屋建筑在农村建设中不断涌现。该结构体系具有基本构件组成种类少、施工速度快、易于产业化等优点。推动这类结构用于绿色农房建设可以有效解决施工污染严重、施工质量参差不齐和建筑布局不合理等问题。填充轻质材料的预制冷成型钢组合墙板作为此类结构的重要组成部分,深入研究其力学性能对其推广应用有十分重要的意义。本文针对填充轻质材料的预制冷成型钢组合墙板的轴压性能和抗剪性能进行了试验研究和数值分析,并给出了组合墙板的轴压承载力实用计算公式。具体研究的内容如下:(1)进行了6块填充轻质材料的预制冷成型钢组合墙板的轴压试验,研究了试件的破坏特征、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线及极限承载力等变化规律,结果表明:无覆板组合墙板的破坏特征为立柱底部畸变屈曲,底部填料压溃;双侧覆有水泥纤维板的组合墙板的破坏特征为水泥纤维板开裂,水泥纤维板与冷成型钢骨架相接处的自攻螺钉失效,立柱底部畸变屈曲,填料角部压溃。水泥基-轻质材料填料的组合墙板的轴压承载力明显高于石膏基-轻质材料的组合墙板;双侧覆有水泥纤维板的组合墙板的轴压承载力和刚度远大于无覆板的组合墙板。(2)采用ABAQUS软件建立了填充轻质材料的预制冷成型钢组合墙板轴压模型,有限元模拟结果与试验结果吻合较好,进而对其进行了参数分析。结果表明:(1)钢材厚度越大,组合墙板的轴压刚度和极限承载力越大;(2)覆板类型对组合墙板的轴压刚度和极限承载力影响较大;(3)三点加载下的组合墙板的轴压承载力比集中加载下的组合墙板大;(4)填料的抗压强度对组合墙板轴压刚度影响不大,但对极限承载力影响较大。(3)开展了6块填充轻质材料的预制冷成型钢组合墙板的抗剪性能试验,分析了破坏特征、荷载-位移关系曲线,极限承载力和弹性刚度等变化规律。结果表明:无覆板的组合墙板的破坏特征是填料脱落,立柱底部局部屈曲,边立柱与底导轨分离;双侧覆有水泥纤维板的组合墙板的破坏特征是水泥纤维板底部与龙骨完全剥离,立柱底部出现局部屈曲。填料的刚度越大,组合墙板的抗剪承载力和弹性刚度越大;双侧覆有水泥纤维板大幅度提高了组合墙板的的抗剪极限承载力和弹性刚度;钢丝网层数对组合墙板的抗剪承载力和弹性刚度没有明显影响。(4)通过建立填充轻质材料的预制冷成型钢组合墙板抗剪模型,发现有限元模拟结果与试验结果误差较小,而且模拟得到的破坏特征和试验现象比较吻合,因此对其抗剪性能进行参数分析,结果表明:(1)覆板为OSB板的组合墙板的最大荷载和弹性刚度较大,而覆板为PB板的组合墙板的最大荷载和弹性刚度较小;(2)钢材厚度越大,组合墙板抗剪最大荷载和弹性刚度越大;(3)填料的抗压强度对组合墙板的抗剪极限承载力影响较大,而对弹性刚度影响不大;(4)加载时竖向荷载数值的大小对组合墙板的抗剪承载力和刚度影响不大。(5)给出填充轻质材料的预制冷成型钢组合墙板的轴压承载力设计计算建议,通过试算后发现相关系数(?)在0.0025~0.0027之间能够较为合理得到填充轻质材料的预制冷成型钢组合墙板的极限承载力。
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