装配式轻钢桁架梁楼盖系统竖向承载力及动力性能研究

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装配式楼盖系统(Pre-fabricated Floor System,简称PFS)是一种新型装配式桁架梁组合楼盖系统。该楼盖系统是由桁架梁、次梁和压型钢板-混凝土组合楼板三部分组成,因施工非常方便、安装快速,工程中应用较多。但目前对于桁架梁组合楼盖系统的受力性能并不明确,工程应用仍存在一定安全隐患。基于此,本文对装配式轻钢桁架梁楼盖系统,采用单向加载,评估其竖向承载力及动力性能。本文采用试验研究和有限元模拟相结合方式对装配式桁架梁楼盖系统进行系统研究,主要研究工作包括:(1)评估桁架梁中冷弯薄壁型钢截面的腹杆与弦杆之间采用自攻螺钉连接节点在轴向拉力作用下的极限抗剪承载力,首先完成16个单钉连接的单向拉伸试验,试验考虑了板厚、自攻螺钉直径的影响。采用ABAQUS软件建立单颗自攻螺钉连接试件的精细化有限元模型,并进行有限元模拟验证。在此基础上,设计了16个模型,进行系统的参数有限元分析。基于试验结果给出单钉厚板连接的建议设计公式。(2)采用试验和有限元模拟评估了桁架梁中腹杆与弦杆间采用自攻螺钉连接节点的极限抗拉承载力,共设计完成了14个桁架梁与腹杆的拼接节点试件,考虑自攻螺钉数量、是否设置焊缝、弦杆板厚等参数影响,并进行单向加载试验,评估此类节点的极限抗拉承载力。在此基础上,对上述完成的试验进行有限元模拟验证,并进行了系统的参数有限元分析,提出了腹杆与弦杆拼接节点的合理构造及设计建议。(3)考虑纵向跨度、斜腹杆角度、弦杆板厚等因素影响,设计了4个装配式轻钢桁架梁楼盖系统足尺试件,进行了桁架梁组合楼盖竖向承载力试验。基于ABAQUS程序建立4个试验试件的精细化有限元模型,并在验证有限元分析的合理性基础上,进行系统的参数有限元分析,重点考虑纵向跨度、桁架梁高度、混凝土厚度和钢材强度等参数的影响,提出装配式轻钢桁架梁的合理构造及设计建议。(4)考虑桁架梁跨度、腹杆角度、弦杆板厚等因素影响,测试了4个装配式轻钢桁架梁楼盖系统足尺试件的自振频率。采用ABAQUS程序建立装配式轻钢桁架梁楼盖系统的精细化有限元模型,进行了验证性分析。在满足正常使用状态下,研究楼板厚度、纵向跨度、桁架梁高度等参数对其动力性能的影响,并提出了设计建议。
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