填充EPS—石膏基轻质材料的冷弯型钢组合墙体轴压性能研究

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1、分类号:TU-310710-2015128051硕士学位论文填充EPS—石膏基轻质材料的冷弯型钢组合墙体轴压性能研究高立导师姓名职称石宇副教授吴函恒博士申请学位级别工学硕士学科专业名称结构工程论文提交日期2018年4月19日论文答辩日期2018年5月31日学位授予单位长安大学StudyonAxialCompressionPerformanceofCold-formedSteelCompositeWallswithInfilledLightweightEPS-GypsumBasedMaterialADissertationSubmittedfortheDegreeofMaste

2、rCandidate：GaoLiSupervisor：A.P.ShiYuDr.WuHanhengChang’anUniversity,Xi’an,China摘要随着冷弯型钢住宅结构体系由低层向多高层发展，组合墙体作为主要受力构件，对其轴压性能提出了更高要求。相比传统冷弯薄壁型钢组合墙体，填充EPS-石膏基轻质材料的冷弯型钢组合墙体是一种由内部浇筑工业废料聚苯颗粒（EPS）、脱硫石膏等原料制备的轻质复合材料所组成的新型墙体，可显著改善建筑保温、防火和隔音功能，同时提高了墙体的整体稳定性和承载能力。本文采用试验研究、数值模拟及理论分析方法，对填充EPS-石膏基轻质材料的冷弯型钢组

3、合墙体的轴压性能进行了研究，并提出了建议设计方法。首先，对未填充冷弯型钢组合墙体和填充三种不同强度等级的EPS-石膏基轻质材料的冷弯型钢组合墙体共计四个足尺试件进行轴压性能试验研究，详细介绍了试验装置、试验方法、试件破坏过程以及试验数据分析处理等，研究填充EPS-石膏基轻质材料的冷弯型钢组合墙体的工作机理和破坏模式。试验结果表明：未填充试件的破坏模式为立柱局部屈曲，并最终在柱端发生压跛破坏；填充试件为立柱的截面强度破坏；相比未填充试件，填充试件的轴压承载力提高1.88~2.99倍，随着填料强度和密度的提高，填充试件轴压承载力相应提高；填料包裹的冷弯型钢立柱应变值接近或达到屈服

4、应变。其次，利用有限元分析软件ABAQUS对填充EPS-石膏基轻质材料的冷弯型钢组合墙体进行模拟，并考虑了材料、几何和边界条件的非线性等因素。通过对比数值分析结果与试验结果，验证了有限元模型的正确性及数值分析方法的可行性。在此基础上，对立柱个数、墙体厚度、龙骨截面厚度及填充材料强度等影响因素进行参数分析，结果表明：随着立柱个数、墙体厚度、龙骨截面厚度以及填料强度的增加，填充EPS-石膏基轻质材料的冷弯型钢组合墙体的轴压承载力也增大。最后，在试验研究和有限元分析的基础上，提出填充EPS-石膏基轻质材料的冷弯型钢组合墙体轴压承载力计算公式，并引入冷弯薄壁型钢立柱承载力折减系数α，

5、以及填料相关系数η。折减系数α建议取为0.9；填料相关系数η提出两种计算方法，经过对比验证，建议采用分别考虑不同影响因素共同作用的多元线性回归公式。关键词：EPS-石膏基轻质材料、冷弯型钢组合墙体、试验研究、有限元分析、轴压性能、设计方法I本文研究得到国家自然科学基金项目（No.51508029），国家重点研发计划资助专项（No.2016YFC0701201）和中央高校基本科研业务费专项资金项目（No.310828171011）的资助。IIAbstractWiththedevelopmentofthecold-formedsteel(CFS)residentialstruc

6、turesystemfromlow-leveltomid-riseorhigh-rise,CFScompositewallsasthemainforcecomponents,isrequiredforhigherrequirementsonitsaxialcompressionperformance.ComparedwiththetraditionalCFSwall,theCFScompositewallwithinfilledlightweightEPS-gypsumbasedmaterial(LEGM)isaninnovativewall,fillingcomposite

7、lightweightmaterialsincludingindustrialwastepolystyrene(EPS),desulfurizedgypsumandotherrawmaterials,whichcansignificantlyimprovethethermalinsulation,firepreventionandsoundinsulationofbuildings,andalsoincreasetheoverallstabilityandload-bearingcapacityofco