模块化钢框架-开洞冷弯薄壁型钢组合墙体结构抗震性能

作     者：陈旺 

作者单位：西安建筑科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：苏明周

授予年度：2024年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：模块化钢框架 冷弯薄壁型钢组合墙 抗剪承载力 开洞墙体 剪力分配 

摘      要：冷弯薄壁型钢房屋在国外的应用已经有数十年历史,因其抗震性能好,结构自重轻,生态环保,结构灵活以及便于装配化施工等优点受到广泛关注。与传统钢框架建筑相比,模块化钢框架的半刚性节点是模块间连接节点,连接区域具有“多柱多梁相交的特点。目前主要研究都集中在单元件连接节点上,同时规范中对于开设大尺寸洞口的冷弯薄壁型钢组合墙结构的抗剪承载力计算公式还不算完善。本文通过ABAQUS有限元软件建立模块化钢框架-开洞冷弯薄壁型钢组合墙体结构(Modular Steel Structure-Hole Cold Formed Steel Wall,简称MSS-HCFSW结构),在此基础上改变门窗洞口的相关参数,通过有限元分析对此类结构进行抗震性能研究,提出大开洞组合墙的承载力计算方法,主要工作如下: (1)基于课题组已有的试验成果,采用连接器单元模拟自攻螺钉连接,建立模块化钢框架-开洞冷弯薄壁型钢组合墙的有限元模型,通过对比破坏形态、骨架曲线和滞回曲线等,得到的数值模拟结果与试验吻合较好,验证了有限元模型的准确性。 (2)基于上述有限元模型,对结构进行参数分析,研究结构的抗震性能,改变开设门洞的宽度、窗洞的宽度和高度、开洞率、门洞和窗洞的位置,以及半刚性节点转动刚度和抗弯承载力等。研究表明结构抗剪承载力随着开设洞口的宽度增大而减小,对结构的抗剪承载力削弱明显,随着开洞率的增大,钢框架的剪力分担率增大。增加半刚性节点中的转动刚度对结构的初始刚度提升明显,增加节点抗弯承载力对结构的初始刚度影响小,在刚度退化曲线中,其初始刚度点重合在一起。 (3)模块化钢框架冷弯薄壁型钢组合墙体的结构抗剪承载力由钢框架和冷弯薄壁型钢组合墙两部分组成,而规范中对大开洞冷弯薄壁型钢组合墙体的抗剪承载力计算方法偏于保守,本文基于有限元分析结果和规范中的相关规定进行了修正。同时采用整体分析法进一步研究开设洞口的冷弯薄壁型钢组合墙抗剪承载力计算公式,将其和钢框架抗剪承载力叠加得到整个结构的抗剪承载力,与试验结果对比验证,其误差在5%以内,验证了抗剪承载力计算公式的可靠性。