冷弯薄壁型钢组合墙体初始刚度计算方法研究

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会冷弯薄壁型钢组合墙体初始刚度计算方法研究陈卫海郭鹏何保康凌利改(西安建筑科技大学土木工程学院，西安710055)摘要t本文基于一定的力学假定建立了冷弯穗壁型钢组台墙体抗剪计算的简化模型，然后利用转角位移方程对简化模型进行了一阶弹件分析．给出了抗剪墙体的初始刚度的计算公式。同时，根据已有试验数据修正了日本木结构抗剪墙体墙面板等效拉压刚度计算公式。最后，利用本文推导的抗剪墙体柳婀剐度计搏公式和修正的墙面板等效拉压刚度计算公式对试验墙律进行了计算，并与试验结果进行了比较，两者吻合较好，从而说明本文所提出的

2、冷弯薄壁型钢组合墙体扔始刚度计算方法是合理的，可以代替墙体抗剪试验应用于墙体抗剪性能的理论分析中。‘关键词：冷弯薄壁型钢组合墙体，简化模犁，仞始刚度一、引言近年来，冷弯薄壁型钢结构住宅在我国开始兴建。在这种结构中，墙体是主耍的抗侧力构件，由冷弯犁钢骨架和胶合板、定向刨花扳(0sB板)、钢板或石膏板等通过自攻螺钉连接而成(见图1)，以抵抗水平风荷载和地震作用。国内外对墙体的抗剪强度、刚度等性能的研究主要依赖于1：1的墙体模型试验t缺乏精确的理论计算方法，根据丈基的墙体试验研究结果表明：冷弯型钢组合墙体的抗剪性能非常复杂，墙体试验曲线

3、在一开始就足非线性的，表现出很强的非线性特征。但为了对墙体复杂的抗剪性能提出实用计算方法，众多学者在理论分析中往往将墙体荷载—位移曲线简化为双线性和三线性曲线来分析(见图2)，首先在试验曲线上通过一定的原则确定出弹性阶段曲线的斜率即初始刚度，然后在初始刚度的基础上乘以折减系数确定试验曲线弹塑性段的斜率。总之，确定墙体荷载～位移曲线初始剐度是整个墙体抗剪性能理论简化分析的基础。图1低层冷弯薄壁型钢结构住宅墙体结构示意图目前，国外已有冷弯薄壁型钢组合墙体初始刚度的确定方法，如Eccs规定初始刚度取为墙体试验曲线上0．4尸嘲点(心为墒体

4、试验最人承载力)与原点连线的斜率；文献[1]在Eccs规定的基础上提出了另一种墙体初始刚度的确定方法，初始刚度破定义为墙体转动位移角1／400(D—m)时对应试验曲线点与原点连线斜率。这两种方法通常会得到相同的结果，初始刚度值非常接近。但是无论采用哪种方法，都首先必须通过墙体抗剪试验得到试验}f}1线。本文旨在确定冷弯薄壁型钢组合墙体初始刚度的简化计算方法-该种算法只需知道墙而板的材料特性、板厚、螺钉间距等即可求出整个墙体的初始刚度值，无需进行墙体抗剪试验。工业建筑2007增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会P■zP．P．f．(a

5、)双线性简化模型(b)三线性简化模型图2冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪试验曲线简化模型二、初始刚度计算公式(一)简化模型的建立．本文中冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪承载力计算简化模型(见图3)的建立遵循咀下基本假定：(1)冷弯薄擘型钢组合墙体试件边立柱上端为铰接，下端为固接；(2)冷弯薄壁型钢组合墙体试什的中立柱上下端为铰接；(3)墙面板等效为斜向的拉压杆；’(4)忽略墙体试什轴向变形。(二)初始刚度理论公式推导基于以上假定，对简化模型进行一阶弹性分析，推导墙体在弹性阶段的抗侧刚度，即初始刚度。为了公式推导的方便，先推导两柱距简化模型的公式，

6、然后推广到多柱距的情况，两柱距简化模型见图4。图4中AE和BF杆中的拉力与压力数值相同，故只须算出AE杆中的拉力即可，推导中弯矩以绕杆件顺时针为正，剪力以与力P方向一致为正。11蓥《?蕊』f‘』?I＆i玉i图3冷弯薄壁型钢组合墙体简化模型图4两柱2E简化计算模型公式推导如下：其中：最一拉压斜杆中的轴力：￡一斜杆的弹性模量；^～斜杆的等价横截面面积‘一斜杆长度，、工业建筑2007增刊丘：掣14(2)1415第七届全国现代结构下程学术研讨会其中：L一柱距；、‘一墙体高度。其中：△一组合墙体顶部侧向位移口一斜杆与导轨夹角。将式(2)、(

7、3)代入式(1)得：J=△。。。口=△—：!』√4屯2+‘2足=器(3)(4)冷岛为柱BA的B端转角、艮为柱EF的E端转角，‘为柱AB、EF的线刚度(‘=巨‘，‘，岛为柱AB、EF的弹性模鼍，^为边立柱AB、EF绕强轴的惯性矩，L为柱AB、EF的跃度)。M丑^=‘(4岛一6△，‘)=o．(5)肘。=‘(2岛一6△，fI)(6)吖。=‘(4眭一6△／‘)=o(7)M。=‘(2吃一6△／f1)(8)'^由式(5)得：岛=署’(9)1416由式(7)得将式(g)代入式(11)可得将式(10)代入式(12)可得由组合墙体底部水平力平衡可知

8、艮=筹印=掣半寺岛一半吩等卑=}＆一半将式(4)、(13)、(14)代入式(15)可得乳；一兽△如=一鲁△Q^日+Q肛+P一2只cos口=0△=将公式(16)推广到多柱距(n个柱距)可得：△=璺：st十粉(10)(11)(12)(13)(14)(1