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          钢格栅承重墙体静力和抗震性能试验分析
          发布人:管理员   发布时间:2022-3-18

                   一般地,钢格栅板水平方向铺设,承受垂直于钢格栅板平面的荷载,其结构形式为:由负载扁钢和横杆按一定的间距经纬排列而成格栅,在负载扁钢和横杆的每个交点处,通过焊接、铆接或压锁将其固定。钢格栅板通常应用于石油化工、电厂、水厂、污水处理厂、市政工程、环卫工程等领域。近些年,也有人将其引入隧道工程中用于不稳定岩体的支护。但钢格栅用作建筑结构的主要承重构件,在国内尚属首次。在目前各国规范中亦未有相关表述。为满足工程实际的迫切需要,对工程结构设计提供帮助,故对其进行试验研究很有必要。
                   为此,本文通过7个足尺寸的钢格栅墙体试件,进行了在不同受力条件下的试验研究,其主要目的是研究钢格栅墙体在静力荷载和水平地震作用下的性能,并确定该种墙体的连接构造是否有效、承载力和变形能否满足工程要求。主要研究内容包括:
                  (1)钢格栅墙体试件在竖向静力荷载作用下的工作过程、破坏形式及承载力;
                  (2)钢格栅墙体试件在水平静力荷载作用下的工作过程、破坏形式、刚度及承载力;
                  (3)钢格栅墙体试件在水平低周反复荷载作用下的工作过程、破坏形式、刚度、耗能及承载力。

          试件设计及制作
                  本试验的主要目的是研究实际工程中的钢格栅墙体在竖向及水平静力荷载和水平低周反复荷载作用下的受力机理、破坏过程、破坏形式及其相应的承载力。试件设计时,考虑到该种墙体的形式特殊,焊接部位众多,工艺复杂,试件尺寸过小会带来性能失真的问题,因此本试验采用足尺寸试件。
                  试件共7个,其基本形式是:9片竖向长扁钢以平行布置,其中两侧的边框扁钢厚10mm,中间7片厚8mm,扁钢间距120mm,其上、下部各焊接一根140×90的角钢作为天、地边框;双层中10光圆钢筋穿过竖向长扁钢上预冲出的圆孔,然后将钢筋与扁钢通过气保焊丝焊接,从而将9片竖向长扁钢连接成一格状钢结构整体,双层光圆钢筋竖向间距60mm,构成扁钢的支撑点。为方便加荷,在试件地边框下加焊了一根长1800mm的HK300b热轧H型钢底梁。然后,为与实际工程相同,将试件表层热镀了一层锌。如图2-1所示。
                  试件编号分别为SG-1、SG-2、SG-3、SG-4、SG-5、SG-6、SG-7,其构造****一样。根据试验目的的不同,7个试件可分为三组:第一组,竖向静力荷载试验SG-1、SG-2、SG-3;第二组,水平低周反复荷载试验SG-4、SG-5、SG-6;第三组,水平静力荷载试验SG-7。钢格栅墙体试件的竖向长扁钢和天地边框的不等边角钢的钢材为Q235,钢筋为I级钢筋。

                                                              

          实验结果分析       
                  本文通过7个足尺寸墙体试件在竖向静力荷载、水平静力荷载和水平低周反复荷载三种受力条件下的试验研究,得到下面关于钢格栅墙体静力和抗震性能的几个主要结论。
                   (1)在竖向静力荷载作用下,钢格栅墙体破坏时主要表现为平面外变形过大,其破坏形态为平面外整体失稳破坏。墙体的竖向承载力高,并主要由墙体平面外的稳定所控制,受墙体边界条件影响很大。
                   (2)随竖向荷载的增大,钢格栅墙体的平面外变形发展比平面内变形快且明显,两者均受墙体边界约束条件的影响;根据本文试验结果,墙体平面外失稳破坏时,平面外****水平位移一般在32mm左右,而平面内****水平位移则在6mm以内,前者约为后者的5倍。与侧向整体变形相比,钢格栅墙体的竖向变形很小,受墙体边界约束条件的影响也较小,并随竖向荷载的增加大致按线性缓慢增大,****竖向位移在3mm以内。
                  (3)试验表明,在水平单调静力荷载作用下,钢格栅墙体的破坏过程分为弹性、弹塑性、塑性强化三个阶段,并且具有很强的变形能力。本文提出了双折线模型近似模拟墙体顶部的荷载一位移曲线。
                  (4)在水平低周反复荷载作用下,钢格栅墙体的滞回曲线的骨架曲线与单调静力荷载作用下的荷载一位移曲线类似,墙体先后呈现弹性和弹塑性性质;耗能好、变形能力强、刚度退化缓慢,具有良好的抗震性能。
                  (5)在水平荷载作用下,由竖向扁钢片与水平连接钢筋构成的钢格栅墙体的内部受力情况,与框架梁柱有相似之处,墙体的各竖向扁钢片两侧受力性质相反,墙体整体没有所谓的中和轴。钢格栅墙体的破坏过程的主要特点是:墙体内部扁钢片与连接钢筋的焊点随荷载的增大,陆续出现裂纹(缝),并不断扩展。
                  (6)钢格栅墙体的竖向扁钢片是主要受力部件,连接钢筋约束支撑扁钢片,在三种受力条件下,墙体均可作为一个整体进行工作,表明钢格栅墙体各扁钢片之间采用双层、直径10mm、间距60mm的光圆钢筋焊接的内部连接构造是有效的。
                  (7)钢格栅墙体竖向承载力远远超过工程设计竖向荷载,并具有相对于设计水平荷载来说足够的水平承载力,故该种墙体能够满足工程要求。
                   由于试验条件和时间的限制,本文虽然研究了钢格栅墙体在多种受力条件下的工作性能,但是要将这种墙体承重体系应用到实际工程,还有许多工作要做,主要有以下几个方面:
                     (1)钢格栅组合墙体的工作性能的研究;
                     (2)轴压比对墙体抗震性能的影响的研究;
                     (3)影响墙体竖向承载力和水平承载力因素的研究;
                     (4)应用于实际工程的合理的连接钢筋数量及连接方式的构造做法等。
                   最后,从本文的试验结果及分析来看,钢格栅墙体的竖向承载力远大于水平承载力,虽然具有良好的抗震性能,但是材料的利用不够充分,需要加以改善,进行优化设计;墙体的竖向扁钢片和连接钢筋焊点的饱满程度与墙体的整体性有很大关系,在实际工程中必须保证焊点的质量。

           


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