墙板约束对轴心受压钢柱承载力的影响

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1、墙板约束对轴心受压钢柱承载力的影响李明菲李国强王银志（上海天华建筑设计有限公司200233）（同济大学土木工程学院200092）摘要:墙板在其平面内具有一定的强度，为钢柱提供了侧向约束，提高了钢柱的稳定性承载能力。本文利用大型有限元分析程序ANSYS，对考虑墙板约束的钢柱的承载力进行了非线性有限元分析。说明了墙板约束对轴压钢柱承载力及破坏形式的影响。并提出了带有墙板的钢柱轴心受压承载力的简化计算模型。关键词:钢柱；墙板；破坏形式；简化计算模型；EFFECTSOFLIGHTWALLPANELSONAXIALST

2、RESSCAPACITYOFSTEELCOLUMNSLiMingfeiLiGuoqiangWangYinzhi(TianhuaArchitectureDesignLtd.Co,Shanghai200233).(SchoolofCivilEngineering,TongjiUniversity200092)Abstract：Lightwallpanelsrestraintthesteelcolumnandenhancetheaxialstresscapacitybecauseofthepanel’sstiffn

3、essinit’sownplane.SomestudyontheloadcarryingcapacityofsteelcolumnhasbeendonewithnonlinearFEManalysisusingthecommercialsoftwareANSYS.Theeffectsofnumberofconnectiononloadcarryingcapacityandbucklingmodeisstudiedandasimplifiedmodelhasbeenrecommendedinthispaper.

4、KeyWords：steelcolumn;lightwallpanels;bucklingmode;1引言蒸压轻质加气混凝土墙板（ALC）具有轻质、保温性好，隔音等优点，并且施工方便，在实际工程中应用比较广泛。ALC墙板与钢柱连接有两种形式（图1）：横向连接（连接于柱）和竖向连接（连接于梁），本文研究对钢柱承载力产生影响的横向连接形式。显然，在墙板平面内（一般为柱的弱轴方向），墙板与柱的连接会给予柱一定的约束作用，减小柱弱轴方向的计算长度，因此提高了柱[1]弱轴方向的屈曲承载力。但目前的规范还没有考虑这种承载

5、力提高效应，因此有必要对其进行研究。本文利用通用有限元分析软件ANSYS对外挂墙板的轴心受压钢柱的承载力进行了计算，分别取不同的墙板厚度以及不同的墙板与钢柱的连接点个数进行对比分析，得出了一些有意义的结论，并据此提出了考虑外挂墙板的钢柱承载力简化计算模型。通过有限元计算结果检验，证明这种简化计算模型是可靠的。钩头螺栓钩头螺栓蒸压轻质加气混凝土墙板钩头螺栓填缝材料及专用密封膏填缝材料及专用密封膏每五快加托板钢柱a)连接立面示意图b）连接横剖面c）连接纵剖面图1蒸压轻质加气混凝土墙板与钢柱连接示意图国家杰出青年科

6、学基金(50225825)和高等学校优秀青年教师奖励计划资助2基本假定根据前人的有关结论和实际情况，为简化计算分析，做出假定如下：1）型钢翼缘、腹板厚度很小，不考虑其厚度对应力应变的影响，用壳单元模拟；2）认为轻质混凝土墙板在厚度方向材料均匀；3）墙板之间应力很小，连接可靠。拼起来的墙板协同工作，可以认为是一个整体。4）墙板中心线连接点位于钢柱翼缘边缘。5）墙板与钢柱连接可靠，不会发生局部破坏。3试验验证[2]为验证所采用的基本假定及有限元软件，对瑞典EvaHedman-Petursson所做的试验进行分析。

7、瑞典的EvaHedman-Petursson研究的对象是单层厂房结构中H型钢柱与墙板连接的情况。文中提出这种墙板约束效应的理想情况是：墙板在柱弱轴方向提供了足够的约束和刚度，使柱的破坏形式转换为强轴方向的受压或扭转屈曲破坏。为此进行了试验研究和有限元分析。该试验的模型如图1所示。该文得出的试验结果和有限元分析吻合很好，并得到以下结论：1）各墙板块之间的连接应力很小，强度和刚度足够，使其可以看作一整面墙分析；2）墙板给予柱在弱轴方向一定的约束，使柱的破坏形式为强轴方向弯曲屈曲或扭转屈曲，并且其承载力比完全无约束

8、的弱轴屈曲承载力提高许多。本文根据EvaHedman-Petursson的试验模型，建立了相应的有限元模型（类似于图4），用以验证本文中有限元计算的可靠性。试验采用欧洲标准的型钢HEA120和IPE200，材料为S235钢，截面尺寸为（图2）：HEA120h=114，b=120，d=5，t=8，r=12；IPE200h=200，b=100，d=5.6，t=8.5，r=12试验模型基本尺寸为：柱高46