冷彎薄壁型鋼骨架粉煤灰陶?；炷翂Π宓目箟盒阅苎芯?/h1>
2019-01-17 03:27:38武京王慶華李貝娜
新型建筑材料 2018年12期
武京，王慶華，李貝娜
（吉林大學(xué) 建設(shè)工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130061）
0 引言
隨著我國(guó)建筑節(jié)能這一可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求的不斷提高[1]，以及2016年出臺(tái)《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見(jiàn)》后國(guó)家對(duì)裝配式建筑的大力倡導(dǎo)，新型節(jié)能建筑墻板不斷發(fā)展完善，具有承重功能的輕質(zhì)復(fù)合墻板便是其中一個(gè)重要分支，輕型鋼骨架墻板通過(guò)對(duì)骨架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和合理布置，能充分發(fā)揮其承載能力[2]，而且便于工業(yè)化生產(chǎn)，符合裝配式建筑的要求。鋼框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度低[3]，而填充混凝土的鋼骨架能有效提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度，本文研究一種冷彎薄壁型鋼骨架粉煤灰陶?；炷翂Π宓目箟盒阅埽瑸榇祟?lèi)墻板的應(yīng)用發(fā)展提供參考。
1 冷彎薄壁型鋼骨架粉煤灰陶?；炷翂Π宓臉?gòu)造
墻板由冷彎薄壁型鋼骨架和包裹骨架的輕骨料混凝土組成，墻板尺寸為1200 mm×600 mm×150 mm，型鋼骨架尺寸為1000mm×500mm×50mm，型鋼骨架組成包括：［50mm×25 mm×1 mm槽鋼立柱、水平放置于骨架中部的［48 mm×25 mm×1 mm槽鋼橫撐、放置于型鋼骨架上下兩端的L25 mm×25 mm×1 mmL形鋼橫撐；布置于型鋼骨架內(nèi)部的Φ10帶肋鋼筋。輕骨料混凝土為摻加EPS顆粒的陶粒混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C25，配合比為m（水泥）∶m（水）∶m（粉煤灰）∶m（粉煤灰陶粒）∶m（EPS顆粒）∶m（砂）∶m（減水劑）=1∶0.3632∶0.3∶1.15∶0.0028∶1.22∶0.0055，導(dǎo)熱系數(shù)為0.66 W/（m·K），干表觀密度為1785 kg/m3，型鋼骨架構(gòu)造如圖1所示，墻板構(gòu)造如圖2所示，墻板側(cè)面標(biāo)號(hào)包括兩個(gè)I面（I1、I2面）和兩個(gè)J面（J1、J2面）。
圖1 型鋼骨架構(gòu)造
圖2 墻板構(gòu)造
2 冷彎薄壁型鋼骨架粉煤灰陶?；炷翂Π蹇箟涸囼?yàn)
根據(jù)墻板構(gòu)造制作相應(yīng)尺寸的模具，然后在其中澆筑墻板試件，拆模后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)完成后將其表面刷白以便在試驗(yàn)中觀察裂縫開(kāi)展情況。
2.1 試驗(yàn)加載
抗壓試驗(yàn)包括軸壓和偏壓2種試驗(yàn)，每種試驗(yàn)制作2塊墻板，加載設(shè)備為JYW-2000型壓力試驗(yàn)機(jī)。加載時(shí)，先預(yù)加載至10 kN，持荷2 min，使壓力機(jī)、鋼板（或刀鉸）和墻板相互之間擠壓密實(shí)，之后逐級(jí)加載，每級(jí)100 kN，持荷5 min，直至試件破壞。偏壓加載試驗(yàn)中，加載位置距墻板I1面50 mm，試驗(yàn)加載如圖3所示。
圖3 墻板受壓試驗(yàn)
2.2 墻板強(qiáng)度分析
根據(jù)墻板軸壓、偏壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到荷載-位移曲線如圖4所示，典型試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示，墻體加載破壞如圖5所示。
圖4 墻板荷載-位移曲線
表1 墻板抗壓試驗(yàn)典型數(shù)據(jù)
由圖4和表1可以看出，墻板在偏壓試驗(yàn)時(shí)極限荷載Fu為1150.96 kN，較軸壓時(shí)的極限荷載1419.06 kN降低18.9%，而二者極限荷載對(duì)應(yīng)的位移十分接近。軸壓和偏壓的荷載-位移曲線變化趨勢(shì)類(lèi)似，都可分為以下5個(gè)階段：
OA段：從開(kāi)始加載到A點(diǎn)（大致0.45Fu），墻板表面未出現(xiàn)明顯裂縫，荷載和位移成正比例關(guān)系，混凝土與型鋼骨架均處于彈性變形階段，此階段墻板如圖5（a）所示。
AB段：荷載繼續(xù)增加至B點(diǎn)以前，墻板側(cè)面上、下端開(kāi)始出現(xiàn)裂縫并逐漸向墻板中部發(fā)展，荷載-位移曲線斜率減小，位移變化幅度增大，墻板產(chǎn)生塑性變形，此階段墻板如圖5（b）所示。
BC段：加載至B點(diǎn)，墻板試件達(dá)到其極限承載力Fu，軸壓試件極限承載力為1419.06 kN，其對(duì)應(yīng)位移為2.98 mm，偏壓試件極限承載力為1150.96 kN，位移為3.00 mm，軸壓墻板I1面和I2面混凝土豎向裂縫貫通，偏壓墻板I1面混凝土豎向裂縫貫通。由于貫通裂縫的產(chǎn)生，部分混凝土退出工作，墻板變形不斷加大，承載力開(kāi)始下降，此階段墻板如圖5（c）所示。
圖5 墻板加載破壞
CD段：至C點(diǎn)時(shí)，軸壓荷載下降至0.94Fu，產(chǎn)生位移3.11 mm，偏壓荷載下降至0.86Fu，產(chǎn)生位移3.45 mm，過(guò)C點(diǎn)后，墻板的承載力回升，但上升幅度不大，此階段墻板表面裂縫發(fā)展減緩，此階段墻板如圖5（d）所示。
D點(diǎn)之后：到D點(diǎn)時(shí)，軸壓荷載為極限荷載的97%，位移為3.46 mm，偏壓荷載為極限荷載的95%，位移為4.05 mm，這一階段承載力開(kāi)始再次下降，墻板側(cè)面表面裂縫擴(kuò)展加快，I面產(chǎn)生水平裂縫并不斷擴(kuò)展最終和J面豎向裂縫連接，部分混凝土脫落，混凝土對(duì)型鋼骨架的約束進(jìn)一步減弱，墻板承載能力不斷降低并最終破壞，此時(shí)軸壓位移為4.51 mm，偏壓位移為5.20 mm，此階段墻板如圖5（e）所示。
2.3 墻板剛度的計(jì)算
2.3.1 軸壓剛度計(jì)算公式
根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]，可得材料剛度計(jì)算公式為：
式中：K——材料剛度，kN/mm；
N——施加荷載，kN；
Δl——軸向變形，mm；
E——材料的彈性模量，MPa；
A——構(gòu)件的截面面積，mm2；
l——構(gòu)件軸向長(zhǎng)度，mm。
本文研究的是嵌套型鋼骨架的墻板，根據(jù)墻板構(gòu)造，將其分為上、中、下3個(gè)部分，上、下為不含型鋼骨架的素混凝土，高h(yuǎn)1=100 mm，中間部分為型鋼骨架和混凝土的聯(lián)合體，高h(yuǎn)2=1000 mm，總高度為h=2h1+h2。假設(shè)在彈性階段型鋼骨架和混凝土之間不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，根據(jù)式（1）可得該墻板的理論剛度計(jì)算公式為：
式中：K板0——墻板剛度，kN/mm；
Ec——墻板所用混凝土的彈性模量，MPa；
A——墻板軸壓方向上的截面面積，mm2；
α——型鋼骨架與混凝土剛度比，即為（ESAS）/（EcA），ES為鋼材彈性模量（MPa），AS為型鋼骨架軸向截面面積（mm2）。
計(jì)算中由于型鋼骨架所占?jí)Π迕娣e比例不到0.34%，為計(jì)算方便，墻板中部聯(lián)合體混凝土橫截面面積大小近似看作墻板橫截面面積，由于試驗(yàn)存在偶然性，數(shù)據(jù)離散性也較大，應(yīng)對(duì)軸壓剛度計(jì)算公式進(jìn)行修正，乘以修正系數(shù)ξ后，應(yīng)使計(jì)算結(jié)果偏于安全，由此該類(lèi)墻板結(jié)構(gòu)軸壓剛度計(jì)算公式為：
2.3.2 偏壓剛度計(jì)算公式
偏壓剛度計(jì)算中墻板受力可看做為受一軸力和彎矩作用，而其剛度計(jì)算在本文中為墻板受力點(diǎn)處的荷載位移比值，與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)，便于理解分析。結(jié)合軸壓剛度計(jì)算過(guò)程，在受彎矩作用時(shí)，墻板可看做一端固定一端自由的懸臂結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在受彎矩M作用時(shí)的頂端轉(zhuǎn)角為：
式中：I——墻板截面慣性矩，mm4。
由式（2）可得本文中的型鋼骨架墻板的彈性模量E為：
式中：η——素混凝土高度和墻板高度之比，即2h1/h。
設(shè)在受彎矩M作用時(shí)，墻板軸線的豎向變形值大小為0，構(gòu)件軸向變形僅由軸力引起，由轉(zhuǎn)角引起的墻板受力處豎向變形位移大小為：
式中：e——荷載在墻板上作用位置與中軸線的距離，因此，M=Ne，kN·mm。
軸向壓力作用下墻板的位移大小為：
由式（6）、（7）可計(jì)算出墻板在偏心壓力N作用下的位移值：
因此，偏心受壓下墻板的理論剛度為：
式中：χ——墻板偏心矩和偏心矩方向上截面慣性半徑的比值，即 e/i。
與軸壓試驗(yàn)相同，可根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果確定偏壓剛度計(jì)算公式的修正系數(shù)ξ，因此該類(lèi)墻板結(jié)構(gòu)偏壓剛度計(jì)算公式為：
2.3.3 墻板受壓剛度的計(jì)算
墻板試件尺寸為1200 mm×600 mm×150 mm，試驗(yàn)測(cè)得混凝土彈性模量為1.2×104MPa，鋼材彈性模量為2.06×105MPa，偏心加載試驗(yàn)時(shí)偏心矩大小為25 mm，軸壓試驗(yàn)可看作偏心矩為0的偏壓試驗(yàn)，利用式（2）和公式（9）計(jì)算出墻板剛度理論值以及根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出墻板剛度試驗(yàn)值，結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 墻板剛度的計(jì)算值與試驗(yàn)值
由于實(shí)際情況中可能存在的系統(tǒng)誤差、偶然誤差等影響，根據(jù)表2對(duì)理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，修正后的墻板剛度如表3所示。
表3 修正后墻板剛度
由式（2）和式（9）可知，當(dāng)式（9）中 e=0時(shí)，偏壓剛度與軸壓剛度計(jì)算結(jié)果相同，因此，在剛度計(jì)算中可將軸壓看做偏心矩為0的偏壓情況，結(jié)合修正系數(shù)后得到墻板剛度統(tǒng)一的計(jì)算公式為：
在軸壓、偏壓試驗(yàn)中唯一變量即為偏心矩e，且由表3可知修正系數(shù)變化不大，因此，在小偏心范圍內(nèi)，偏心矩與修正系數(shù)ξ之間存在相關(guān)關(guān)系，為保證量綱一致和公式通用性，可看做修正系數(shù)ξ和χ之間存在線性相關(guān)關(guān)系，由表3計(jì)算可知該相關(guān)關(guān)系為：
將式（12）代入式（11）中，最終得到型鋼骨架墻板剛度計(jì)算公式：
3 結(jié) 論
（1）從墻板抗壓試驗(yàn)可知，墻板偏壓25 mm時(shí)的極限荷載較軸壓時(shí)的極限荷載降低18.9%，二者極限荷載對(duì)應(yīng)位移大小大致相同。
（2）墻板軸壓和偏壓時(shí)的荷載-位移曲線均可分為5個(gè)階段，OA段（0~0.45Fu）墻板所受荷載和位移之間成正比例關(guān)系，為彈性階段；AB段隨荷載增加位移變化較彈性階段要大，墻板產(chǎn)生塑性變形，裂縫在墻板側(cè)面端部產(chǎn)生并逐漸向中部發(fā)展；BC段，加載到B點(diǎn)，軸壓墻板側(cè)面、偏壓墻板距離荷載較近的側(cè)面裂縫貫通，墻板達(dá)到極限承載力Fu，之后墻板承載力不斷下降；CD段，加載到C點(diǎn)荷載下降到0.94Fu，之后墻板承載力回升，但上升幅度較??；D點(diǎn)之后，加載到D點(diǎn)荷載上升到0.97Fu，之后墻板承載能力下降直至破壞。
（3）提出此類(lèi)型鋼骨架墻板剛度的計(jì)算公式，該公式可為不同墻板尺寸、不同骨架構(gòu)造以及不同偏心受壓距離下的墻板剛度計(jì)算提供參考，并有助于該類(lèi)型墻柱體系的軸向性能研究。
猜你喜歡
復(fù)合材料修復(fù)含裂紋圓管的軸壓承載特性研究艦船科學(xué)技術(shù)(2022年20期)2022-11-28 08:19:10 石材反打外掛墻板應(yīng)用技術(shù)上海建材(2021年1期)2021-11-22 08:01:42 碳纖維三向織物約束混凝土軸壓力學(xué)性能研究紡織科學(xué)與工程學(xué)報(bào)(2020年1期)2020-06-12 09:14:24 歡迎訂閱2020年《磚瓦》雜志——燒結(jié)磚瓦、砌塊、墻板、砼彩瓦、路磚上海建材(2019年5期)2019-02-15 03:04:15 鐵路客車(chē)側(cè)墻墻板切割直線度控制金屬加工(熱加工)(2018年4期)2018-04-26 01:00:07 預(yù)留土法對(duì)高鐵隧道口淺埋偏壓段的影響湖南城市學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)(2016年2期)2016-12-01 04:06:31 空調(diào)器室內(nèi)機(jī)彈性張開(kāi)功能的掛墻板介紹家電科技(2015年8期)2015-11-29 10:45:03 淺埋偏壓富水隧道掘進(jìn)支護(hù)工藝分析河南科技(2015年4期)2015-02-27 14:21:05 灰色理論在偏壓連拱隧道中的應(yīng)用河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)(2015年3期)2015-02-27 13:46:32 基于TPS40210的APD偏壓溫補(bǔ)電路設(shè)計(jì)電子設(shè)計(jì)工程(2015年3期)2015-02-27 12:03:55
武京，王慶華，李貝娜
（吉林大學(xué) 建設(shè)工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130061）
0 引言
隨著我國(guó)建筑節(jié)能這一可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求的不斷提高[1]，以及2016年出臺(tái)《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見(jiàn)》后國(guó)家對(duì)裝配式建筑的大力倡導(dǎo)，新型節(jié)能建筑墻板不斷發(fā)展完善，具有承重功能的輕質(zhì)復(fù)合墻板便是其中一個(gè)重要分支，輕型鋼骨架墻板通過(guò)對(duì)骨架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和合理布置，能充分發(fā)揮其承載能力[2]，而且便于工業(yè)化生產(chǎn)，符合裝配式建筑的要求。鋼框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度低[3]，而填充混凝土的鋼骨架能有效提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度，本文研究一種冷彎薄壁型鋼骨架粉煤灰陶?；炷翂Π宓目箟盒阅埽瑸榇祟?lèi)墻板的應(yīng)用發(fā)展提供參考。
1 冷彎薄壁型鋼骨架粉煤灰陶?；炷翂Π宓臉?gòu)造
墻板由冷彎薄壁型鋼骨架和包裹骨架的輕骨料混凝土組成，墻板尺寸為1200 mm×600 mm×150 mm，型鋼骨架尺寸為1000mm×500mm×50mm，型鋼骨架組成包括：［50mm×25 mm×1 mm槽鋼立柱、水平放置于骨架中部的［48 mm×25 mm×1 mm槽鋼橫撐、放置于型鋼骨架上下兩端的L25 mm×25 mm×1 mmL形鋼橫撐；布置于型鋼骨架內(nèi)部的Φ10帶肋鋼筋。輕骨料混凝土為摻加EPS顆粒的陶粒混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C25，配合比為m（水泥）∶m（水）∶m（粉煤灰）∶m（粉煤灰陶粒）∶m（EPS顆粒）∶m（砂）∶m（減水劑）=1∶0.3632∶0.3∶1.15∶0.0028∶1.22∶0.0055，導(dǎo)熱系數(shù)為0.66 W/（m·K），干表觀密度為1785 kg/m3，型鋼骨架構(gòu)造如圖1所示，墻板構(gòu)造如圖2所示，墻板側(cè)面標(biāo)號(hào)包括兩個(gè)I面（I1、I2面）和兩個(gè)J面（J1、J2面）。
圖1 型鋼骨架構(gòu)造
圖2 墻板構(gòu)造
2 冷彎薄壁型鋼骨架粉煤灰陶?；炷翂Π蹇箟涸囼?yàn)
根據(jù)墻板構(gòu)造制作相應(yīng)尺寸的模具，然后在其中澆筑墻板試件，拆模后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)完成后將其表面刷白以便在試驗(yàn)中觀察裂縫開(kāi)展情況。
2.1 試驗(yàn)加載
抗壓試驗(yàn)包括軸壓和偏壓2種試驗(yàn)，每種試驗(yàn)制作2塊墻板，加載設(shè)備為JYW-2000型壓力試驗(yàn)機(jī)。加載時(shí)，先預(yù)加載至10 kN，持荷2 min，使壓力機(jī)、鋼板（或刀鉸）和墻板相互之間擠壓密實(shí)，之后逐級(jí)加載，每級(jí)100 kN，持荷5 min，直至試件破壞。偏壓加載試驗(yàn)中，加載位置距墻板I1面50 mm，試驗(yàn)加載如圖3所示。
圖3 墻板受壓試驗(yàn)
2.2 墻板強(qiáng)度分析
根據(jù)墻板軸壓、偏壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到荷載-位移曲線如圖4所示，典型試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示，墻體加載破壞如圖5所示。
圖4 墻板荷載-位移曲線
表1 墻板抗壓試驗(yàn)典型數(shù)據(jù)
由圖4和表1可以看出，墻板在偏壓試驗(yàn)時(shí)極限荷載Fu為1150.96 kN，較軸壓時(shí)的極限荷載1419.06 kN降低18.9%，而二者極限荷載對(duì)應(yīng)的位移十分接近。軸壓和偏壓的荷載-位移曲線變化趨勢(shì)類(lèi)似，都可分為以下5個(gè)階段：
OA段：從開(kāi)始加載到A點(diǎn)（大致0.45Fu），墻板表面未出現(xiàn)明顯裂縫，荷載和位移成正比例關(guān)系，混凝土與型鋼骨架均處于彈性變形階段，此階段墻板如圖5（a）所示。
AB段：荷載繼續(xù)增加至B點(diǎn)以前，墻板側(cè)面上、下端開(kāi)始出現(xiàn)裂縫并逐漸向墻板中部發(fā)展，荷載-位移曲線斜率減小，位移變化幅度增大，墻板產(chǎn)生塑性變形，此階段墻板如圖5（b）所示。
BC段：加載至B點(diǎn)，墻板試件達(dá)到其極限承載力Fu，軸壓試件極限承載力為1419.06 kN，其對(duì)應(yīng)位移為2.98 mm，偏壓試件極限承載力為1150.96 kN，位移為3.00 mm，軸壓墻板I1面和I2面混凝土豎向裂縫貫通，偏壓墻板I1面混凝土豎向裂縫貫通。由于貫通裂縫的產(chǎn)生，部分混凝土退出工作，墻板變形不斷加大，承載力開(kāi)始下降，此階段墻板如圖5（c）所示。
圖5 墻板加載破壞
CD段：至C點(diǎn)時(shí)，軸壓荷載下降至0.94Fu，產(chǎn)生位移3.11 mm，偏壓荷載下降至0.86Fu，產(chǎn)生位移3.45 mm，過(guò)C點(diǎn)后，墻板的承載力回升，但上升幅度不大，此階段墻板表面裂縫發(fā)展減緩，此階段墻板如圖5（d）所示。
D點(diǎn)之后：到D點(diǎn)時(shí)，軸壓荷載為極限荷載的97%，位移為3.46 mm，偏壓荷載為極限荷載的95%，位移為4.05 mm，這一階段承載力開(kāi)始再次下降，墻板側(cè)面表面裂縫擴(kuò)展加快，I面產(chǎn)生水平裂縫并不斷擴(kuò)展最終和J面豎向裂縫連接，部分混凝土脫落，混凝土對(duì)型鋼骨架的約束進(jìn)一步減弱，墻板承載能力不斷降低并最終破壞，此時(shí)軸壓位移為4.51 mm，偏壓位移為5.20 mm，此階段墻板如圖5（e）所示。
2.3 墻板剛度的計(jì)算
2.3.1 軸壓剛度計(jì)算公式
根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]，可得材料剛度計(jì)算公式為：
式中：K——材料剛度，kN/mm；
N——施加荷載，kN；
Δl——軸向變形，mm；
E——材料的彈性模量，MPa；
A——構(gòu)件的截面面積，mm2；
l——構(gòu)件軸向長(zhǎng)度，mm。
本文研究的是嵌套型鋼骨架的墻板，根據(jù)墻板構(gòu)造，將其分為上、中、下3個(gè)部分，上、下為不含型鋼骨架的素混凝土，高h(yuǎn)1=100 mm，中間部分為型鋼骨架和混凝土的聯(lián)合體，高h(yuǎn)2=1000 mm，總高度為h=2h1+h2。假設(shè)在彈性階段型鋼骨架和混凝土之間不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，根據(jù)式（1）可得該墻板的理論剛度計(jì)算公式為：
式中：K板0——墻板剛度，kN/mm；
Ec——墻板所用混凝土的彈性模量，MPa；
A——墻板軸壓方向上的截面面積，mm2；
α——型鋼骨架與混凝土剛度比，即為（ESAS）/（EcA），ES為鋼材彈性模量（MPa），AS為型鋼骨架軸向截面面積（mm2）。
計(jì)算中由于型鋼骨架所占?jí)Π迕娣e比例不到0.34%，為計(jì)算方便，墻板中部聯(lián)合體混凝土橫截面面積大小近似看作墻板橫截面面積，由于試驗(yàn)存在偶然性，數(shù)據(jù)離散性也較大，應(yīng)對(duì)軸壓剛度計(jì)算公式進(jìn)行修正，乘以修正系數(shù)ξ后，應(yīng)使計(jì)算結(jié)果偏于安全，由此該類(lèi)墻板結(jié)構(gòu)軸壓剛度計(jì)算公式為：
2.3.2 偏壓剛度計(jì)算公式
偏壓剛度計(jì)算中墻板受力可看做為受一軸力和彎矩作用，而其剛度計(jì)算在本文中為墻板受力點(diǎn)處的荷載位移比值，與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)，便于理解分析。結(jié)合軸壓剛度計(jì)算過(guò)程，在受彎矩作用時(shí)，墻板可看做一端固定一端自由的懸臂結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在受彎矩M作用時(shí)的頂端轉(zhuǎn)角為：
式中：I——墻板截面慣性矩，mm4。
由式（2）可得本文中的型鋼骨架墻板的彈性模量E為：
式中：η——素混凝土高度和墻板高度之比，即2h1/h。
設(shè)在受彎矩M作用時(shí)，墻板軸線的豎向變形值大小為0，構(gòu)件軸向變形僅由軸力引起，由轉(zhuǎn)角引起的墻板受力處豎向變形位移大小為：
式中：e——荷載在墻板上作用位置與中軸線的距離，因此，M=Ne，kN·mm。
軸向壓力作用下墻板的位移大小為：
由式（6）、（7）可計(jì)算出墻板在偏心壓力N作用下的位移值：
因此，偏心受壓下墻板的理論剛度為：
式中：χ——墻板偏心矩和偏心矩方向上截面慣性半徑的比值，即 e/i。
與軸壓試驗(yàn)相同，可根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果確定偏壓剛度計(jì)算公式的修正系數(shù)ξ，因此該類(lèi)墻板結(jié)構(gòu)偏壓剛度計(jì)算公式為：
2.3.3 墻板受壓剛度的計(jì)算
墻板試件尺寸為1200 mm×600 mm×150 mm，試驗(yàn)測(cè)得混凝土彈性模量為1.2×104MPa，鋼材彈性模量為2.06×105MPa，偏心加載試驗(yàn)時(shí)偏心矩大小為25 mm，軸壓試驗(yàn)可看作偏心矩為0的偏壓試驗(yàn)，利用式（2）和公式（9）計(jì)算出墻板剛度理論值以及根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出墻板剛度試驗(yàn)值，結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 墻板剛度的計(jì)算值與試驗(yàn)值
由于實(shí)際情況中可能存在的系統(tǒng)誤差、偶然誤差等影響，根據(jù)表2對(duì)理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，修正后的墻板剛度如表3所示。
表3 修正后墻板剛度
由式（2）和式（9）可知，當(dāng)式（9）中 e=0時(shí)，偏壓剛度與軸壓剛度計(jì)算結(jié)果相同，因此，在剛度計(jì)算中可將軸壓看做偏心矩為0的偏壓情況，結(jié)合修正系數(shù)后得到墻板剛度統(tǒng)一的計(jì)算公式為：
在軸壓、偏壓試驗(yàn)中唯一變量即為偏心矩e，且由表3可知修正系數(shù)變化不大，因此，在小偏心范圍內(nèi)，偏心矩與修正系數(shù)ξ之間存在相關(guān)關(guān)系，為保證量綱一致和公式通用性，可看做修正系數(shù)ξ和χ之間存在線性相關(guān)關(guān)系，由表3計(jì)算可知該相關(guān)關(guān)系為：
將式（12）代入式（11）中，最終得到型鋼骨架墻板剛度計(jì)算公式：
3 結(jié) 論
（1）從墻板抗壓試驗(yàn)可知，墻板偏壓25 mm時(shí)的極限荷載較軸壓時(shí)的極限荷載降低18.9%，二者極限荷載對(duì)應(yīng)位移大小大致相同。
（2）墻板軸壓和偏壓時(shí)的荷載-位移曲線均可分為5個(gè)階段，OA段（0~0.45Fu）墻板所受荷載和位移之間成正比例關(guān)系，為彈性階段；AB段隨荷載增加位移變化較彈性階段要大，墻板產(chǎn)生塑性變形，裂縫在墻板側(cè)面端部產(chǎn)生并逐漸向中部發(fā)展；BC段，加載到B點(diǎn)，軸壓墻板側(cè)面、偏壓墻板距離荷載較近的側(cè)面裂縫貫通，墻板達(dá)到極限承載力Fu，之后墻板承載力不斷下降；CD段，加載到C點(diǎn)荷載下降到0.94Fu，之后墻板承載力回升，但上升幅度較??；D點(diǎn)之后，加載到D點(diǎn)荷載上升到0.97Fu，之后墻板承載能力下降直至破壞。
（3）提出此類(lèi)型鋼骨架墻板剛度的計(jì)算公式，該公式可為不同墻板尺寸、不同骨架構(gòu)造以及不同偏心受壓距離下的墻板剛度計(jì)算提供參考，并有助于該類(lèi)型墻柱體系的軸向性能研究。
猜你喜歡
艦船科學(xué)技術(shù)(2022年20期)2022-11-28 08:19:10
上海建材(2021年1期)2021-11-22 08:01:42
紡織科學(xué)與工程學(xué)報(bào)(2020年1期)2020-06-12 09:14:24
上海建材(2019年5期)2019-02-15 03:04:15
金屬加工(熱加工)(2018年4期)2018-04-26 01:00:07
湖南城市學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)(2016年2期)2016-12-01 04:06:31
家電科技(2015年8期)2015-11-29 10:45:03
河南科技(2015年4期)2015-02-27 14:21:05
河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)(2015年3期)2015-02-27 13:46:32
電子設(shè)計(jì)工程(2015年3期)2015-02-27 12:03:55
