高强冷弯薄壁型钢墙架结构受剪性能影响因素研究资料.pdf

高强冷弯薄壁型钢墙架结构受剪性能影响因素研究 鲍文可，王闲权 ，马广阅 武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉（430070 ） E-mail：cocobao2356@163.com 摘 要：本文采用有限元法对冷弯薄壁型钢单榀墙架结构的进行受剪性能的分析。建立模型 时同时考虑材料和几何非线性，采用弹塑性189 梁单元，自攻螺栓采用耦合模型。通过改变 已建立的有限元模型中墙架柱间距、墙架高宽比、自攻螺丝间距等影响墙架受剪性能的参数， 得出结论：随着墙架柱间距增大、墙架高度增大、自攻螺栓间距增大整个墙架结构的受剪性 能明显减小，在有“K”型支撑的高强薄壁型钢墙架结构中，合适的墙架柱间距、合适的墙架 尺寸以及支撑体系，对墙架结构的受剪性能有很大的影响。 关键词：高强冷弯薄壁型钢；墙架结构；受剪性能；有限元分析；低层住宅结构 1．引言 冷弯薄壁型钢结构住宅体系成为发达国家住在建筑的重要形式，近年来随着新型轻钢结 构体系应用的迅速发展，壁厚小于 1mm、屈服强度达550MPa 的高强冷弯薄壁型钢构件已 经在国内外实际工程中开始应用。墙架结构是冷弯薄壁型钢结构住宅的主要承重结构[1] 。单 个墙架结构由 C 型冷弯薄壁性能各种构件经自攻螺栓连接而成。当墙架结构尺寸、墙架柱 间距等尺寸选择合适，经过有效的可靠的构件连接，整个墙架结构可以为住宅提供有效的支 撑作用，满足结构的受力要求。 冷弯薄壁型钢墙架结构的受剪承载力与墙架的高宽比、墙架柱的间距、构件之间的连接 [2] 间距等诸多因素有关，使其理论计算相当的困难，目前可由结构试验确定其受剪承载能力 ， 但是试验是不可能全面反应上述因素的影响的，采用有限元分析法[3]对冷弯薄壁型钢墙架结 构进行模拟分析，可以为该结构体系的研究提供一条有效途径。 本文同时考虑材料、几何非线性的有限元理论分析模型，利用ANSYS 程序分析足尺实 验模型，得到墙架结构抗剪性能的分析结果，然后对墙架结构有限元模型进行数值分析，得 出墙架柱间距、墙架结构高宽比以及构件的连接对该墙架受剪性能的影响。 2 ．有限元分析 2.1 有限元试件的选取 有限元分析试件尺寸为600mmX2400mm （宽X 高），墙架结构包括梁、柱、两道K 型 支撑等构件，均为 C 形单根冷弯薄壁型钢，规格为90mmX40mmX0.55mm，钢材的屈服强 度为550MPa，各构件之间通过自攻螺栓进行连接（墙架K 形支撑构件在与梁、柱连接处， 支撑构件与梁、柱并未完全耦合成一点，之间的距离为30mm ）。墙架底部用固定螺栓进行 固定，在墙架顶端加载方式为水平单调加载。 2.2 有限元模型的建立 墙架结构的平衡方程为： [k ]{δ} [ p ] (1) T 其中, [k ] 为结构的刚度矩阵, [k ] ∫V [B ] [D ][B ]dV ,[B]为几何矩阵[D]为材料本构矩阵, {δ}为节点位移向量，[P]为荷载向量 {σ} [D ]{ε} (2) - 1 - {ε} [B ]{δ} (3) 其中, {ε}为应变矩阵, {σ}为应力矩阵。 由于考虑了材料非线性和几何非线性,式(1)中的结构刚度矩阵[K]不是常量, 其中材料本 构矩阵[D]和几何矩阵[B]均与应力或应变有关。 墙架结构的材料特性：墙架结构采用弹性模量为2.0 ×1011 Pa 的