冷成型薄壁钢构件可加工成多种经济截面形式,能够得到令人满意的强度重量比,达到优化截面的目的。并且制作简单,运输、安装方便,易于工业化,在轻钢龙骨体系等结构中已被广泛采用。而目前冷成型薄壁钢构件的研究仅集中在弹性、静力荷载作用范围内,对这类构件局部屈曲后的抗震性能尚未深入研究,我国现行冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB50018-2002)仍没有对轻钢结构抗震设计提出明确的设计准则。由于我国具有抗震设防要求的地区较多,并且轻钢龙骨体系的使用范围也较广,为了探索在抗震设防地区采用轻钢龙骨体系建造单层和多层住宅的适用性,对冷成型薄壁钢构件抗震性能进行研究具有重大的技术和经济意义。 虽然试验研究非常必要,但试验研究存在一定的局限性。并且随着有限元理论的发展和计算方法的改进以及电子计算机技术的迅速发展,有限元分析同试验相比不仅相对方便和经济,而且也相当精确。所以在进行试验研究之前通过有限元方法对冷成型薄壁钢构件的滞回性能进行数值分析是非常必要的。 本文采用有限元方法对冷成型薄壁钢构件在轴向拉压循环荷载作用下的滞回性能进行数值模拟。运用有限元计算分析软件ABAQUS(V6.4-1)中考虑几何和材料非线性的薄壳单元S9R5,同时采用线性随动强化的材料本构关系考虑钢材鲍辛格效应等因素建立了有限元模型,通过与已有理论和试验结果对比,验证了有限元模型模拟板壳弹性大变形、屈曲及屈曲后、弹塑性问题以及C型钢构件单调加载和箱型截面钢构件循环加载等问题的正确性。 为分析不同地震荷载对构件滞回性能的影响,本文根据不同地震荷载特性提出了相应的低周反复加载模式,并通过耗能比和单位体积耗能等参数分析研究了加载模式和宽厚比对冷成型薄壁型钢构件拉压滞回性能的影响规律,得出了一些有意义的结论。 为找出抗震性能较好的截面形式,本文分别建立了槽钢和C型钢以及中间加劲(V型和燕尾型中间加劲)C型钢等不同截面形式的冷成型薄壁钢构件的有限元模型。通过构件耗能比和单位体积耗能以及强度和延性等参数分析研究了卷边和不同中间加劲形式对冷成型钢构件拉压滞回性能的影响规律。 分析结果表明:只要采取一定措施将冷成型薄壁钢构件宽厚比控制在一定范围内,也可以使其具有较好的抗震性能。这为促进冷成型薄壁钢构件在抗震设防区轻钢龙骨体系中的应用和进一步深入研究奠定了基础。