C型轻钢龙骨墙柱动力性能的数值模拟分析.pdf

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1、浙江建筑，第27卷，第7期，2010年7月ZhejiangConstruction，Vo1．27，No．7，Ju1．2010C型轻钢龙骨墙柱动力性能的数值模拟分析NumericalSimulation&AnalysisoftheDynamicPerformanceoftheC·TypeLightgageSteelJoistWallColumn赵滇生，郎晟颉ZHAODian—sheng，LANGSheng-jie(浙江工业大学建筑工程学院，浙江杭州310014)摘要：C型轻钢龙骨柱是轻钢龙骨墙中的主要承重构件，选取四类有代表性

2、的截面形式，通过ANSYS对C型轻钢龙骨柱外包OSB板在低周反复荷载下墙柱的受力性能进行数值模拟分析，分析了轴压比、柱高、柱距、宽厚比对墙柱滞回性能的影响。结果表明，在不同的轴压比、柱高、柱距下，墙柱的承载力与截面的宽厚比并非呈简单的线性关系，需要综合考虑构件的屈曲等相关因素。关键词：轻钢龙骨；滞回曲线；数值模拟；屈曲；影响因素中圈分类号：TU398．9文献标识码：A文章编号：1008—3707(2010)07—0022—05冷轧轻钢骨架结构住宅在北美市场住宅的市场1．2模型介绍份额占25％⋯，在中国住宅市场上起步较晚，国内

3、模型截取实际墙柱中典型的墙段，端部两根龙骨缺乏关于冷弯薄壁型钢低层住宅体系的试验资料和采用冷弯薄壁C型钢，为避免龙骨长细比过大发生整设计规范，有关冷弯薄壁型钢低层住宅的整体受力体失稳，柱高h取：3W、5w、10w，为腹板高，为避免性能的研究资料不多，在一定程度上阻碍了低层的龙骨柱长细比过大，重点比较3w和5w的短柱，龙骨冷弯c型钢龙骨住宅在我国内地市场的推广和应柱截面尺寸见表1，间距取400mill和60Olnm两类，导用。本文借助ANSYS对低周反复荷载作用下c型轨尺寸根据相应的龙骨改变，蒙皮板厚度取OSB板标轻钢龙骨墙柱

4、进行数值模拟，分析轴压比、柱高、柱准尺寸10mm，墙柱忽略蒙皮和柱以及导轨间的滑移，距、宽厚比等参数变化，研究其对c型轻钢龙骨墙将各接触部位平动自由度耦合。模型及坐标见图l。柱的延性、耗能能力等受力性能的影响。1材料模型和单元类型1．1单元及材料考虑钢材的Bauchinger效应，模型中C型柱、OSB板、导轨均采用双向随动强化模型，单轴应力．应变关系为理想弹塑性模型。材料选用：C型柱及导轨用Q235，OSB板屈服应力取22MPa。有限元单元类型：所有构件均采用shelll81单元。图1墙柱模型图收稿日期：2010—03—25

5、作者简介：赵滇生(1957一)，男，浙江义乌人，副教授，研究方向为钢结构，空间结构。第7期赵滇生等：C型轻钢龙骨墙柱动力性能的数值模拟分析23本文研究了轴压力系数、宽2有限元结果分析厚比、柱距、柱高等参数变化对c型轻钢龙骨墙柱的滞回性能2．1滞回曲线性态分析的影响。不同分析模型的参数滞回曲线能够反映节点刚度退化、强度衰减、耗见表1，表中参数意义见图2。能能力及延性等结构抗震性能的综合特征，也是1．3约束与荷裁的施加结构进行弹塑性地震反应分析时确定恢复力特征的C型轻钢龙骨柱底为固端主要依据。本文选取其中较为典型的C型轻钢约束，

6、耦合墙板与龙骨柱螺栓龙骨墙柱的滞回曲线，见图5。图2模型参数图连接处平动自由度以模拟螺栓从图5的墙柱滞回曲线中，可以看出如下特点：的作用，由于c型钢的质心不(I)截面板件宽厚比的影响。包括腹板、翼缘、在截面上，所以通过CERIG命令将柱底节点耦合形卷边的宽厚比，如图5(a)、(d)、(g)是在轴压力均成刚域，约束直接加载在刚域点(Mass)上，见图3。为0．4且柱高均为3倍腹板高度，但宽厚比不同的情况下的滞回曲线，C一120类构件的图形非常饱满，表1模型编号及主要参数但在每次加载过屈服点之后，强化部分承载力上升比较缓慢；C-

7、180类构件图形呈梭形，较之C一120类构件，滞回环包络面积下降，但强化部分性能优于C．120类构件；C．240类构件宽厚比进一步增大，图形类似于C一180类构件，但承载力和刚度较C．180类构件有明显的下降，且正反向承载力出现了明显差异，充分反映了单轴对称截面的特点，也说明对构件的承载力影响是极为不利的。一(2)轴压比的影响。轴压比是影响轻钢龙骨柱延性的主要因素之一，既影响其破坏形式和承载力，还影响其变形能力。C．120类构件在轴压比0．1与0．4时，承载力与刚度退化不明显，轴压比到0．7时，构件发生了破坏；C一180类构

8、件在轴压比变化通过单调加载，得到各轴压比下的屈曲位移均不时，曲线形态变化不明显，只有在反向承载力极值相同，且差别较大，为便于比较，根据龙骨柱高，将施加处有微小变化；C．240类构件在轴压比大于0．4时的初始水平位移统一为1mm(3w、5w柱高)，2mm(10西柱顶位移未到16mm即发生破坏