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聚氨酯夾芯鋼板冷彎薄壁型鋼復合墻體抗剪試驗研究

來源:中國幕墻網收集整理  作者:*  日期:2014-5-4
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  【摘要】本文對聚氨酯夾芯鋼板和石膏板覆蓋的冷彎薄壁型鋼墻體進行了單調加載抗剪試驗,得到了墻體的抗剪承載力和抗剪剛度,并和《低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術規程》中定向刨花板(OSB)板的相應數值進行了對比。
  【關鍵詞】聚氨酯夾芯鋼板;冷彎薄壁型鋼墻體;抗剪試驗;抗剪強度和剛度

  1.冷彎薄壁型鋼體系簡介

  冷彎薄壁型鋼體系 是由卷邊槽型截面作為主承重梁柱構件,以槽型截面作為連接構件,并由結構板材共同構成的新型結構體系。其顯著特點是構件、板材和連接件均為定型化產品,易于實現工業化生產和裝配化安裝,見圖1所示。

  其突出特點有以下幾個方面:

  1.1 構件標準化

  所有構件壁厚最薄為0.75mm,最厚不超過3mm,由冷軋熱軋鋼板經冷彎成型機自動成型,并通過熱浸鍍鋅或鍍鋅工藝作為防腐保護層,見圖2所示。以自鉆或自攻螺釘[2]連接為主,見圖3所示。

  1.2 設計制造一體化

  設計軟件不僅具有建模、設計和分析的作用,還能夠自動生成包含截面信息的數據文件,實時在冷軋機上進行生產、編號和打包等后續工作,真正實現CAD-CAM的無縫銜接,見圖4所示。

  1.3 板材兼有圍護和結構的雙重作用

  由于構件壁厚較薄,承載力較低,因此在該體系中板材不僅作為圍護系統起到建筑作用,而且作為結構系統與梁柱共同承受豎向力和水平力。

  1.4 優良的保溫性能

  鋼構件和板材之間的空隙填充保溫棉,墻體和屋面外側由保溫板覆蓋見圖5所示。全隔斷冷橋熱橋效應,使得房屋具有優良的保溫性能,其保溫能力基本上為同等規模砌體房屋的2倍以上。

  1.5 較強的抗震性能

  柔性材料的板材和鋼構件共同承擔地震產生的水平力,使結構體系具有很強的變形性能能力。足尺振動臺試驗表明,在9度罕遇地震作用下整個建筑保持完整,只有門窗周邊和板材接縫處局部被擠壓破壞,具有極其優良的抗震性能,見圖6所示。

  聚氨酯夾芯鋼板作為一種新型的配套板材,是由兩側彩色涂層鋼板﹑中間聚氨酯材料復合而成,整個生產工藝由設備自動完成,見圖7所示。本次試驗所采用的聚氨酯夾芯鋼板厚度為50mm,板寬為1m,兩側彩色涂層鋼板厚度為0.5mm。

  2. 試驗研究

  2.1 試驗內容

  本次試驗準備了2塊足尺復合墻體試件,試件立柱為s350鋼材屈服強度345MPa。試件按水平單調方式進行加載,墻體試件均施加豎向荷載,試件尺寸見圖8所示,試件編號和加載方式見表1所示。

  

  2.2 試驗裝置

  本次試驗在沈祖炎院士專家企業工作站實驗室進行,試驗設備為自平衡的抗剪試驗反力架,見圖9所示。豎向荷載利用20t的油壓千斤頂加載,水平荷載采用50噸作動器來施加。

 

  2.3 加載制度

  本次試驗目的,為校核豎向荷載對復合墻體抗剪承載力的影響,試件施加豎向荷載后,再進行水平加載抗剪試驗。豎向荷載的取值,參照足尺模型振動臺試驗[8]的豎向荷載水平,換算到三層房屋結構底層墻體的豎向荷載。底層墻體的豎向荷載計算結果,折合到標準寬度2.4m,豎向千斤頂荷載約為20kN。

  2.4 試驗過程及破壞特征

  2.4.1 試件SW1

  試驗開始后,試件處在彈性變形的范圍,無明顯的破壞。在水平荷載達到43kN時,可觀察到墻體頂部邊立柱處石膏板受壓開裂螺釘與石膏板相脫離,見圖10所示。此后,隨著荷載的下降位移進一步增大,伴隨著“啪塔,啪塔”的聲音,連接PU 板與鋼柱的螺釘頭沉入PU 板中;PU板水平接縫處的相對位移明顯增大,另一側的石膏板出現貫通裂縫,并且向面外突起;從遠處看試件,可以看到三塊PU板在兩條水平接縫處出現明顯的水平錯動,見圖11所示。

 

  2.4.2 試件SW2

  在試驗開始的初期,由于聚氨酯夾芯鋼板本身具有足夠的剛度和抵抗變形的能力,同時在接縫處與鋼立柱用兩排螺釘緊密連接,試件本身沒有明顯的破壞現象。當水平荷載達到42kN 時,兩塊夾芯鋼板之間產生水平錯動,見圖12所示。

  在試驗后期,采用位移控制加載,水平荷載最大達到了56kN。此時,墻體受壓區石膏板與鋼立柱脫離,向外突出。夾芯鋼板在兩塊板接縫處出現較大水平位移,見圖13所示。

 

  3. 試驗結果及分析

  3.1 數據分析

  3.1.1 試件SW1

  試件SW1的荷載-位移曲線見圖14所示。從圖中顯示,試件在水平荷載達到42kN 之后,隨著荷載微小的增長,水平位移大幅度增加。在達到最大水平荷載49.4kN后,曲線開始出現了下降段。

 

  3.1.2 試件SW2

  試件SW2的荷載-位移曲線見圖15所示。

  根據我國《建筑抗震設計規范》[9], 在小震下組合墻體的層間變形角限值為1/300

  層高,從P-Δ曲線中可以找到相應于墻體剪切變形H/300時對應的水平荷載P300。根據以上原則,確定的試驗荷載見表2所示。根據試驗結果﹑計算公式和規范取值,可以求得聚氨酯夾芯鋼板的抗剪參數取值,見表3所示。

  

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  • 冷彎薄壁型鋼復合墻體抗剪試驗

      【摘 要】本文對聚氨酯夾芯鋼板和石膏板覆蓋的冷彎薄壁型鋼墻體進行了單調加載抗剪試驗,得到了墻體的抗剪承載力和抗剪剛度,并和《低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術規程》中定向刨花板(OSB)板的相應數值進行了對比。   【關鍵詞】聚氨酯夾芯鋼板

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