钢结构住宅节能复合墙板的理论与试验研究

【摘要】： 随着我国墙体改革、建筑节能等相关政策的推行,住宅产业现代化逐渐提上同程。钢结构住宅因其节能省地、绿色环保、便于工厂化生产和标准化制作、可现场装配等优点,正日益收到人们的青睐,使用比例也越来越高。作为目前制约钢结构住宅体系发展的围护体系,就成了亟待解决的问题。与普通的墙体材料相比,复合墙板具有承载力高、保温效隔音果好等优点,成为目前发展最为迅速的一种新型建筑材料。 作为围护结构应用于钢结构住宅的节能复合墙板外挂于钢框架梁或柱上,除竖向自重外,墙板主要承受风荷载或地震引起的横向荷载。本文对节能复合墙板的抗弯性能进行了详细的理论和试验研究。 首先,基于付宝连提出的弯曲矩形板的广义位移理论,推导出了在横向均布荷载作用下四角点支承弹性矩形薄板的挠度计算公式,解决了四点支承矩形板的挠度和内力计算问题,为节能复合墙板内力和挠度等的简化计算提供了理论基础。 其次,利用通用有限元分析软件ANSYS建立了节能复合墙板的有限元模型,通过与文献中分析结果的对比,证明本文所选用的材料本构关系、单元类型以及破坏准则等可以较好的模拟墙板在横向均布荷载作用下弹性变形阶段的受力过程。由于墙板的具体尺寸、开洞情况及材料性质等在工程应用时可能多种多样,所以本文对影响节能复合墙板抗弯刚度的因素进行分析,总结了影响墙板抗弯性能的主要因素,并对墙板的设计使用提出了建议,可作为工程应用参考。 最后,为了验证上述理论分析的可靠性,本文制作了5块足尺节能复合墙板,对横向荷载作用下墙板尺寸、洞口及配筋率对墙板的开裂荷载、抗弯极限承载力的影响,以及裂缝的分布规律和破坏形态等进行了试验研究,考察钢筋混凝土组合网架夹芯复合板在用于墙板时的抗弯性能,检验钢丝网架的连接作用是否能够保证复合墙板两片混凝土板协同一致工作。节能复合墙板的ANSYS分析结果与试验结果吻合较好,试验结果和非线性有限元分析结果可供钢结构住宅研究与设计人员参考。 【关键词】：钢结构住宅 节能复合墙板 挠度 抗弯性能 有限元分析 实验研究
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TU391
【目录】：

• 摘要9-10
• Abstract10-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 复合墙板在国内外的发展与研究现状13-17
• 1.3 矩形薄板弹性弯曲问题的理论解17-19
• 1.4 本文研究内容19-20
• 1.5 本文的理论与应用价值20-21
• 第二章 四点支承弹性矩形薄板挠度计算公式的建立21-35
• 2.1 弹性薄板的小挠度弯曲理论21-22
• 2.1.1 基本定义21
• 2.1.2 弹性薄板的基本假设21-22
• 2.1.3 弹性薄板的控制微分方程22
• 2.2 弯曲矩形板静力问题的广义位移解22-25
• 2.3 四点支承的弯曲矩形板的挠度计算公式25-30
• 2.4 四点支承薄板挠度计算公式的收敛性和计算精度30-34
• 2.4.1 公式的收敛性31-32
• 2.4.2 公式计算精度32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 节能复合墙板的非线性有限元分析35-58
• 3.1 有限元分析方法的优点35
• 3.1.1 有限元方法的优点35
• 3.1.2 分析软件35
• 3.2 复合墙板数值模型35-47
• 3.2.1 单元类型的选取36-37
• 3.2.2 各单元的划分及连接37
• 3.2.3 材料的本构关系37-38
• 3.2.4 屈服准则38-39
• 3.2.5 收敛准则39-40
• 3.2.6 有限元模型的验证40-43
• 3.2.7 复合墙板简介43-44
• 3.2.8 复合墙板数值分析假定44-45
• 3.2.9 计算参数45
• 3.2.10 加载方案45-46
• 3.2.11 边界条件及数值分析模型46
• 3.2.12 分析步骤46-47
• 3.3 复合墙板抗弯承载力的参数分析及各部分的协同工作性能47-57
• 3.3.1 混凝土面板厚度的影响47-49
• 3.3.2 聚苯乙烯泡沫夹芯层厚度的影响49-50
• 3.3.3 混凝土强度的影响50-51
• 3.3.4 配筋率的影响51-52
• 3.3.5 斜钢丝的影响52-55
• 3.3.6 开洞情况的影响55-57
• 3.4 本章小结57-58
• 第四章 节能复合墙板的现场试验研究58-68
• 4.1 试验的目的、内容及试验步骤58
• 4.1.1 试验目的58
• 4.1.2 试验内容58
• 4.1.3 试验步骤58
• 4.2 试件的设计和制作58-60
• 4.2.1 试件设计58-59
• 4.2.2 试件的制作59-60
• 4.3 钢丝和混凝土的力学性能60-61
• 4.3.1 钢丝材性试验60-61
• 4.3.2 混凝土材性试验61
• 4.4 试验量测项目和数据采集61-65
• 4.4.1 量测项目61-63
• 4.4.2 数据采集63-64
• 4.4.3 混凝土平面应力状态分析64-65
• 4.5 试验装置及加载方法65-68
• 4.5.1 试验支承条件65-66
• 4.5.2 试验加载方法66-67
• 4.5.3 加载前的准备67-68
• 第五章 试验结果及分析68-84
• 5.1 概述68
• 5.1.1 开裂荷载的确定68
• 5.1.2 极限荷载的确定68
• 5.2 试验过程描述68-74
• 5.2.1 1号墙板的加载破坏过程68-69
• 5.2.2 2号墙板的加载破坏过程69-70
• 5.2.3 3号墙板的加载破坏过程70-71
• 5.2.4 4号墙板的加载破坏过程71-73
• 5.2.5 5号墙板的加载破坏过程73-74
• 5.3 试验测试主要数据74-78
• 5.3.1 墙板的荷载-挠度曲线74-75
• 5.3.2 试验结果分析75-78
• 5.4 试验结论78-79
• 5.5 试验结果与墙板非线性有限元分析结果对比79-82
• 5.6 本章小节82-84
• 第六章 结论和建议84-87
• 6.1 结论84-85
• 6.2 建议85-87
• 参考文献87-96
• 致谢96-97
• 发表论文和参与科研情况97-98
• 学位论文评阅及答辩情况表98

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