雙肢冷彎薄壁c型鋼框架抗震性能研究

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1、雙肢冷彎薄壁C型鋼框架抗震性能研究1緒論1.1冷彎薄壁型鋼及其結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)冷彎薄壁型鋼不僅是單純通過增大截面面積的方式，還可以通過改變截面形狀的方式獲得較好的力學(xué)性能，能承受較大的荷載。跟據(jù)上述冷彎薄壁型鋼構(gòu)成和成型來看，冷彎薄壁型鋼及其結(jié)構(gòu)體系有以下特點(diǎn)[1]：（1）冷彎薄壁型鋼布置靈活。與截面積相同的熱軋型鋼相比較，截面布置靈活，品種繁多。（2）冷彎薄壁型鋼性能好。材料強(qiáng)度高、構(gòu)件截面形式優(yōu)化，用鋼量小；自重輕，基礎(chǔ)材料??；耐久性好，建筑解體后可回收再利用；慣性矩和抵抗矩等的截面特性系數(shù)較高，鋼材的力學(xué)性能得到充分的發(fā)揮；經(jīng)過冷加工，材料出現(xiàn)冷彎效應(yīng)，強(qiáng)度得到提高。

2、（3）有利于住宅產(chǎn)業(yè)化。冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)可在工廠加工制作，現(xiàn)場(chǎng)拼裝，施工速度快；構(gòu)件、結(jié)構(gòu)板材和建筑配件可在工廠按標(biāo)準(zhǔn)定型，進(jìn)行社會(huì)化生產(chǎn)、市場(chǎng)化采購(gòu)，配套性好、質(zhì)量容易保證。（4）結(jié)構(gòu)節(jié)能環(huán)保。冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)中熱工管道鋪設(shè)在節(jié)能墻體中，可減少熱能損失；少使用水泥和粘土磚等不可再生資源，避免其在生產(chǎn)過程中的能源消耗；采用新型建筑材料，不助燃，可防腐蝕、霉變和蟲蛀，居住的環(huán)境衛(wèi)生健康；施工時(shí)噪聲、粉塵和垃圾少。1.2冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用及發(fā)展中國(guó)房屋鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展面臨重大機(jī)遇，作為7億噸的世界第一產(chǎn)鋼大國(guó)，鋼結(jié)構(gòu)建筑只占5%，而發(fā)達(dá)國(guó)家占50%以上。冷彎型鋼在建筑上的

3、使用在國(guó)外更是占有冷彎型鋼總產(chǎn)量的70%，如圖1.1所示為冷彎薄壁型鋼住宅體系。據(jù)相關(guān)資料顯示[2]，20世紀(jì)90年代，在美國(guó)使用冷彎型鋼的鋼結(jié)構(gòu)建筑比例已超過熱軋H型鋼。冷彎型鋼在1～2層的建筑結(jié)構(gòu)有廣泛使用[3～5]。輕型門式剛架房屋體系是國(guó)內(nèi)外近幾年發(fā)展較快、應(yīng)用較多的一類建筑，更是冷彎型鋼在建筑結(jié)構(gòu)上使用的體現(xiàn)。在中國(guó)，混凝土和砌體結(jié)構(gòu)住宅一統(tǒng)天下，但這些傳統(tǒng)住宅的建造浪費(fèi)國(guó)土資源，破壞生態(tài)環(huán)境和消耗大量能源，因此傳統(tǒng)住宅建造方式的改變是當(dāng)前的重要課題。伴隨著改革開放，尤其在近幾年，發(fā)達(dá)國(guó)家輕型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)的相應(yīng)產(chǎn)品和技術(shù)不斷涌入，國(guó)內(nèi)開始應(yīng)用定型和產(chǎn)業(yè)化的北美冷

4、彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系，這推動(dòng)了冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的迅速發(fā)展[6]。目前，中國(guó)鋼材產(chǎn)量世界第一，而且國(guó)家也在制定和調(diào)整政策以鼓勵(lì)發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)，中國(guó)正步入鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的黃金時(shí)期。在汶川地震之后，人們更加重視建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，使得輕鋼住宅體系在建造商及居民個(gè)體對(duì)不同建筑體系的選擇中越來越受到青睞。但目前在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用并不是很廣泛，每年建筑面積約為20萬m2，主要原因在于此類結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算方法還不夠完善，試驗(yàn)數(shù)據(jù)不夠充足，沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。但隨著社會(huì)的發(fā)展，這些制約將不復(fù)存在，而且冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)體系將成為建筑行業(yè)的主導(dǎo)結(jié)構(gòu)體系。2雙肢冷彎薄壁C型鋼框架抗震性能試驗(yàn)研究2.1試

5、驗(yàn)?zāi)康脑囼?yàn)?zāi)Ｐ蜑殡p肢冷彎薄壁C型鋼背靠背內(nèi)插熱軋鋼板以摩擦型高強(qiáng)螺栓連接的輕鋼框架。由于此類構(gòu)造形式較為特殊，框架梁柱之間傳力效果好壞還不明確，梁柱線剛度比能表征梁柱的彎矩傳遞效率[48]（梁線剛度為梁的抗彎剛度除以其長(zhǎng)度，即EIb/L，同理柱的線剛度為EIc/H，兩者之比為梁柱線剛度比），同時(shí)墊板厚度對(duì)整體框架的剛度是有影響的。因此，以梁柱線剛度比和墊板厚度為參數(shù)，其中線剛度比分別為0.481、0.337和0.259，墊板厚度分別為8mm，10mm和12mm。本試驗(yàn)主要研究此類構(gòu)造平面單層單跨鋼框架的抗震性能。通過對(duì)五榀單層單跨縮尺平面雙肢冷彎薄壁C型鋼框架模型進(jìn)行低

6、周反復(fù)加載試驗(yàn)，擬達(dá)到以下目的：研究框架結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制與特征、塑性鉸出鉸順序、變形、滯回性能、承載能力和剛度及其退化、延性和耗能能力等指標(biāo)，并得出以上2個(gè)參數(shù)對(duì)其抗震性能的影響程度，進(jìn)而明確雙肢冷彎薄壁C型鋼框架的抗震性能特性。.2.2試驗(yàn)方案確定建筑結(jié)構(gòu)抗震性能研究要求結(jié)構(gòu)物在模擬地震的荷載作用下進(jìn)行試驗(yàn)，以觀測(cè)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、變形和破壞狀態(tài)。結(jié)構(gòu)承受的地震荷載可以等效為承受多次水平往返荷載，由于結(jié)構(gòu)吸收和耗散能量是依靠其自身的變形、局部破壞或耗能裝置來實(shí)現(xiàn)的，所以結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)的特點(diǎn)是水平往返荷載作用、結(jié)構(gòu)變形大，試驗(yàn)要求結(jié)構(gòu)構(gòu)件屈服并進(jìn)入非線性工作階段直至結(jié)構(gòu)完全破壞。

7、基于以上要求且考慮到現(xiàn)有試驗(yàn)設(shè)備條件，本試驗(yàn)采用低周反復(fù)加載擬靜力試驗(yàn)方法對(duì)五榀平面單層單跨縮尺雙肢冷彎薄壁C型鋼框架模型進(jìn)行抗震性能研究。..2.3模型設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)制作五榀單層單跨平面雙肢冷彎薄壁C型鋼框架模型，參照柱梁3.6m4.2m、3.6m6.0m和3.6m7.8m實(shí)際框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行縮尺，縮尺模型（不需遵循嚴(yán)格的相似條件）和真實(shí)模型比例為1:3?？s尺模型梁柱尺寸分別為1.2m1.4m、1.2m2.0m和1.2m2.6m。其截面構(gòu)造為雙肢C型鋼背靠背內(nèi)夾熱軋鋼板，配以8.8級(jí)M20摩擦型高強(qiáng)螺栓，將C型鋼腹板和內(nèi)夾鋼板預(yù)緊連接。根據(jù)構(gòu)