文摘

本文提出一种新的灵活为蒸压轻质混凝土连接器与钢梁(ALC)面板。这是一个全民上下交叉连接器,承载和限制孔;然后,这个连接器的抗震能力进行模拟和全面的测试。首先,新连接器的有限元模拟和传统连接器(L-hooked螺栓)是由有限元分析,证明新连接器的可靠性比较低周加载。其次,为了分析这两个连接器的现象和数据在相同的测试条件下的模拟,钢架进行的全面测试。ALC板的损伤在不同的连接器和详细描述了在不同的测试负载位移。连接器的贡献钢架和酒精度面板进行深度在弹性,钢结构的弹塑性和塑性阶段。试验结果与仿真结果大致类似,在新的连接器具有更好的抗震能力。在小地震,酒精度面板框架与新连接器具有更好的协同能力的面板,在大地震时,它可以提供特定的结构刚度。与L-hooked螺栓相比,最大承载力与新连接器的结构增加了5.2%,和27.5%的屈服位移的延误,导致韧性的增加了9.8%。 In terms of energy consumption capacity, the equivalent damping factor of the new connector increases by 10.2% and 35.3% at the yield and ultimate state, respectively. The FEM simulation results can represent the actual test results well. To summarize, the new ALC panel connector in this paper has excellent seismic capacity and good synergistic, which can provide a reference for the development and application of new types of the ALC connector.

1。介绍

随着不断增长的住房需求由于城市化发展,预制建筑被认为是成本效益和环保的方式解决这个问题(1- - - - - -3]。钢结构是目前的一个主要选择预制建筑的发展,而围栏系统是一个关键组成部分的结构,及其功能有直接影响到建筑的整体能力(4]。在预制钢结构,高压蒸气养护的轻质混凝土(ALC)已经提出了在构建封闭系统中的应用。酒精度允许合理减少外壳重量由于预制系统的光自重,以及装配和运输效率的增加(5]。ALC板是一种新型的面板,合并轻量级面板技术和混凝土砌块技术,它是由高温、高压,蒸汽养护使用特定技术(6]。在非结构应用中,尽管再生骨料混凝土(RAC)具有更好的抗压强度7),酒精度满足规范和有更高的生产率8]。相比,典型的实心黏土砖和空心粘土砖,ALC板有一个低重力和火和渗流阻力,提供优越的物理能力建设。虽然双层立面(DSF)和AAC块板可以有这些优势更好,他们不是一样容易构造ALC板(9- - - - - -11]。目前,ALC板的研究主要是集中在改进的刚度、抗震稳定性,和整个建筑结构的能源消耗12]。在仿真方面,曲等。13)进行结构测试和数值模拟四ALC板,并使用有限元软件模拟测试面板。通过数值模拟,加尼姆和Landolfo14)研究和评估的地震反应滞后的能力和能量耗散能力裹着光墙板钢框架结构。在测试方面,杨et al。15]研究滞后与嵌入式ALC板铰接钢框架的能力,发现磁滞能力板连接的管接头比U-connector,尽管他们有良好的协作能力。王等人。16]研究重复酒精度低循环加载测试板和街区钢管混凝土框架结构以确定u形钢夹的影响,L-hooked螺栓、角钢和连接器,摇摆不定的抗震能力。确定ALC板的位移延性,Zhang et al。17)进行了四点加载实验六酒精度外部面板和三个屋顶面板。郭台铭et al。18]阐述了施工过程、安装和操作点,材料和设备投入,质量控制,和其他方面的酒精度面板,根据现场工程实例。在预制ALC板建筑结构、覆盖层和嵌入预制外墙板之间是最常见的连接器和主体结构19]。不仅结构应该安全地连接使用面板和帧包层连接器时的变形两个组件也应该协调下各种各样的影响(20.]。如果连接器在地震中受损,面板将会崩溃(这意味着它会导致二次事故21]。很少有研究熔覆板的连接器在中国,最常用的连接器是L-hooked螺栓现场。虽然L-hooked螺栓承载力高,结构是在明显的位移,在砂浆裂缝尤其是关节只是轻微的地震荷载下,这将使整个结构的隔热和保温急剧下降22,23]。

基于这些成果,支持连接器,需要二次特种水泥浇注,发明和使用在自己的研究支持面板由南京Xujian公司(24]。这种类型的连接器可能增加湿工作的时间和减少装配工作的效率,因为它需要倒两次现场。为了提高外部ALC板连接器,曹et al。25)开发嵌入式酒精度连接器,由嵌入式组件、加劲板和角钢。虽然嵌入式连接器部分解决L-hooked螺栓接头的问题,它的建设是复杂的和昂贵的。ALC板需要高温和高压制造,可以转移或变形preburied部分,这样他们不能建立现场。此外,交通也可能导致损坏嵌入式ALC板(26,27]。白了一个灵活的酒精度面板连接器,连接器更复杂,因为它分为不同形状的上方和下方28]。

要解决这些问题,提出了一种新的连接器根据以往的作品,名为穿越酒精度面板连接器。而不是由传统L-hooked螺栓连接,酒精度面板支持从底部通过一个新的连接器。此外,限制孔是为了抵抗地震荷载可以实现灵活的连接器面板、钢梁和列。限制孔在安装过程中还可以增加自由的一部分。这个连接器具有以下优点:除了湿工作,简单的设计,快速组装,和伟大的抗震能力。确保连接器的可靠性、模拟和低负载测试是通过使用有限元分析和全面钢低周加载,分别。据调查,新的交叉连接器提供了一个全方位的功能,可以取代传统的L-hooked为钢结构螺栓。

本文的其余部分组织如下:在部分2新连接器的设计细节,建立有限元模型的条件,并给出了仿真结果。部分3介绍了测试细节包括装配过程,材料特性的测试、试验设备和加载系统。部分4提供测试结果包括详细的现象,每个样品的磁滞曲线。至于部分5,新连接器的抗震能力和传统L-hooked螺栓在深度分析。最后,部分6总结和得出结论的内容全面工作。

2。设计和仿真

2.1。连接器设计

当建筑结构发生显著的横向转换,酒精度面板可以减少损伤的比例对其造成的影响连接器。结果,设计一个新的连接器互连酒精度面板和钢架,名叫穿越酒精度面板连接器。新的积分结构系统可以协调好应对抵制或外力消失连接器变形(螺栓的内部位移)和维护整个墙系统的稳定性和完整性。它可以确保整个墙不裂缝在高频下低级地震(小interstory位移变形)。它还可以提供一定的刚度对结构在大地震。期间还可以增加这部分的自由组合,可以避免一些问题无法设置不一致的准确性和交通碰撞。这个连接器具有良好抗震行为可以很容易地实现抗震的设计原则,名为“强joint-weak成员。“(29日]

新跨越酒精度面板连接器是一个十字形的承载和限制孔组成的连接器。它包含以下组件:工字梁,酒精度面板中,十字形的连接器,螺栓和螺母。长圆孔方便安装,打开上部的连接器为低承载服务节点上外墙面板中,轴承的垂直向外水平,和内心上外墙的水平加载面板;长圆形孔打开下方的连接器在水平方向上(限制孔),有一个洞直径略大于螺栓的直径;上螺栓孔长循环的类型。上部和下部连接器能承受重量和限制滑动,但较低的节点完全限制了在水平方向滑动。面板和中央结构有可能产生追随。酒精度面板连接器如图1。

2.2。有限元分析模型

使用ABAQUS有限元分析软件来分析新连接器的容量进行比较与传统L-hooked螺栓(30.]。L-hooked螺栓的长度是200毫米,M12的规范。Q235和Q345热轧h型钢年级被选中。钢梁的长度是3800毫米,其大小是HM 244 mm×175 mm×7毫米×11毫米。钢柱高度是3888毫米;其大小是HW 200 mm×200 mm×8毫米×12毫米。酒精度面板的尺寸是3000毫米×600毫米×200毫米。两个模型都表现出图2五ALC板组成的五套传统L-hooked螺栓和新面板连接器,分别。

酒精度、连接器和钢梁C3D8R六面体的线性积分减少固体元素,和T3D2线性使用的钢筋桁架元素(31日,32]。酒精度的网格在连接器和孔板的细化,而其他的网格稀疏。酒精度和加固的酒精度面板是用塑性损伤模型。连接器使用Q345B、钢梁和列使用Q235B [33]。A3.5B05酒精度面板的标准选择。ALC板的弹塑性本构模型是根据先前的研究34,35),如图3。

所有焊接过程取而代之的是“领带”约束(梁、柱、连接器和梁之间,等等)。通过考虑钢筋和混凝土之间的关系,嵌入命令(内置命令)用于将钢筋直接嵌入ALC板(36]。因为酒精度是只有1/8-1/10的普通混凝土的强度,很容易粉碎,使摩擦效应较小。因此,原则,最大静摩擦系数和滑动摩擦系数采用近似相等。模拟真实的联系,定义由切向摩擦系数特性的方法。接触表面之间的连接器,螺栓,面板将很难接触。摩擦系数μ₁连接器和ALC板之间为0.2,和摩擦系数μ₂面板和面板之间的酒精度为0.3 (37]。

耦合点按照约束和加载边界条件的研究,其中包括位移约束的x- - -z方向(u_y=u_z= 0)和旋转约束x- - -z方向(x=y=z顶部的列上= 0),以及旋转的约束x- - -z方向(x=y=z= 0)柱的底部。除了底部的位移约束的列(u_x=u_y=u_z= 0),这是一个旋转的约束x- - -z方向(x=y=z= 0)。10个连接螺栓的预紧力是由1 kN螺栓预紧力。一个垂直轴向压缩力施加在另一侧的钢柱和梁之间的接触表面。这个力是循环荷载应用于耦合点,如图4。负载是由位移控制的角度,最大位移是130毫米。三个是装载在每个阶段前30毫米,和两把被加载在每个阶段之后(因为40毫米级)(38]。

2.3。有限元模拟的结果

根据仿真结果,可以看出这两个连接器有一个类似的趋势下位移加载(±135毫米最大),经历了弹性和屈服阶段。从力-位移歇斯底里的曲线(图5(一个)),磁滞回线的新连接器(FEM2)覆盖的磁滞回线L-hooked螺栓(FEM1),表明新连接器的能量耗散能力更好。与此同时,新的连接器(169.95 kN)的承载力比L-hooked螺栓(189.33 kN)根据骨架曲线(图5 (b)),平均增加了11.4%。为了进一步确认新连接器的功能,全尺寸测试是必要的。

3所示。测试的细节研究

3.1。测试设计

全尺寸的钢框架是用于低负载测试。根据住宅建筑高度的标准,列跨度、梁、柱截面尺寸,最终的设计是一个单跨平面钢架层高3888毫米和3800毫米层宽度,这是一样的大小和材料的有限元分析模型2。5的墙是由外部ALC板和面板的缝合处了ALC板的特殊拼接的粘合剂。所有的样本都是在工厂预制根据尺寸要求。在这个测试中,有两组标本连接板和主框架,分别标本图所示6。

毕竟标本制作和维护,他们交付和组装测试网站。安装过程和测试样本数据所示的概述7和8。

3.2。测试设备和设置

测试利用美国MTS伺服加载系统与500毫米驱动器位移中风。准静态加载策略是使用在这个测试:水平低循环往复加载给列的前面板,和列的前面板是耦合的液压伺服驱动器。图9说明了测试设备。

如图10,测试加载装置包括一个电液伺服加载系统、液压千斤顶、液压传动装置、连杆、地脚螺栓,反应框架。电液伺服加载系统是连接到驱动器加载测试。

3.3。材料特性

六酒精度立方体测试块测量100 mm×100 mm×100 mm和三个酒精度矩形测试块测量100 mm×100 mm×300 mm (39)倒在相同条件下所图11。钢优惠券从钢管和床单被削减,检测抗拉强度、弹性模量、断裂伸长,使用万能试验机,如图12。钢铁材料测试的结果总结表1,机械酒精度面板表所示2,它显示了一些不同的材料特性的测试和模拟。

3.4。加载系统的测试

的加载协议测试是461年联邦应急管理局(40),采用位移控制方法0.5 mm / s低加载。下推为正,而牵引是负的。前60毫米,每个位移位移应用三次。60毫米后,位移两次申请。这个测试加载2毫米和三个旋转加载确认钢框架加载版本和助推器的拼接缝隙适当调整(38]。位移荷载的大小和材料相同节中描述的有限元分析模型2,如图13。

4所示。测试结果

4.1。标本FW1

标本FW1是传统L-hooked螺栓用于刚性连接外部ALC板钢框架。当位移加载到6毫米阶段,联合砂浆裂缝底部的1号和2号面板关节出现。在10 - 12毫米阶段,小块的ALC板不断掉下来。当负载达到15毫米阶段,之间有明显的位错的面板了拼接的关节,如图(14日)。角钢焊接上部的2号面板位移时失败在60毫米阶段,如图14 (b),L-hooked螺栓孔开始破解。因此,当位移达到75毫米阶段,3号下的L-hooked螺栓孔板开发一个大裂缝。除此之外,在4号和5号板,每个面板的角落远离L-hooked螺栓孔,揭示广泛的裂缝在螺栓孔。同时,螺栓的孔扩大,螺栓波动与角钢应用位移如图14 (c)和14 (d)。当位移达到90毫米,左上梁柱接头的焊缝断裂的响亮声音,如图14 (e)。当它达到120毫米阶段,大面积的伤害在角落里掉落下来,直到它达到135毫米,几个焊缝断裂如图14 (f)。

4.2。标本FW2

标本FW2是新的连接器(穿越酒精度面板连接器)。当位移到达30 mm阶段,外壳之间的摩擦声音强化和面板似的。框架和面板是不变的,只有在螺栓上面板连接器掉进他们的螺栓孔,表明结从动件的性能相当不错,如图(15日)。当到了40毫米,小块的碎片脱落,面板后面面板的角落5号被打破了。当加载到60毫米,拼接砂浆之间的1号和2号板坏了,裂缝出现在1号面板的左下方面板角落,裂缝出现的角落里2号面板,和之间的相对运动1号和2号板可以看到。装载75 mm时,裂缝出现在上部螺栓孔的2号和3号板,和较低的节点的第二个面板是宽松的,和明显的面板可以看到错位,如图15 (b)。当它到达90毫米,关节崩溃的砂浆板,和后面的角落里1号面板坏了,如图15 (c)。当加载105 mm时,面板的后面角落里3号被打破了,和在左上角梁柱焊接节点芯片,显示在图15 (d)。当加载到120毫米阶段,每个面板的所有关节的灰浆被打破了,在左上角梁柱焊接节点芯片,和上部角落面板5号被打破了,呈现在图15 (e)。装载135 mm时,小组的4号是斜裂缝。

4.3。载荷(力)位移滞回行为

图16说明了循环响应曲线(滞回曲线)获得从传统L-hooked螺栓和穿越面板连接器(FW1 FW2),分别。随着柱端位移的增加,整体刚度和强度FW1相同数量的负荷降低,和相同的过程发生在FW2,尽管规模较小。这主要是由于框架逐步过渡从弹性到弹塑性和塑性阶段,以及致命的ALC板之间的分裂或块,裂缝或破碎ALC板的塑性变形,在连接和wall-to-frame连接器焊接裂缝,所有这些导致破坏的综合框架。

两种不同类型的酒精度panel-connected帧有反s形磁滞曲线。FW2的面积大于FW1,这意味着新的连接器有能量耗散比传统L-hooked螺栓。进一步说明了钢结构的新连接器的优秀能力。在同一晚期位移水平,新的连接器组(FW2)承载力比L-hooked螺栓组(FW1)。此外,标本FW1显示比FW2更脆弱的测试现象和滞回行为。这是因为之间的焊缝L-hooked螺栓组(FW1)骨折在60 - 75毫米阶段,导致损失75毫米后的刚度和承载能力,尽管其承载力之前大于其他组。相比之下,FW2吸收能量在早期阶段(前30毫米)提供了框架和提高负载能力在后期由于限制的滑动位移限制孔。

5。实验结果的分析和讨论

5.1。骨架曲线

图17显示了骨架曲线测试连接器的标本。水平荷载位移骨架曲线的测试标本是由连接的最大负载点在每个水平位移荷载位移滞回曲线。三个阶段的弹性、elastomer-plasticity和伤害两个标本上观察到。骨架曲线近似s型和刚度下降更明显。并给出了骨架曲线的特征参数表3,这表明平均最大承载能力的积极的和消极的加载方向是163.54 kN 171.97 kN FW1 FW2,分别。的最大FW2力承载能力略有增加5.2%,而FW1。然而,明显得多积极的加载方向(增加9.8%)。屈服点和最终的计算图如图18他们是由公园的方法(41]。屈服载荷系数0.75,这些点可以确定的序列数据如图18(34]。至于平均收益率受力能力,FW2 (161.12 kN)大于FW1 (141.47 kN) 13.9%。屈服点的平均延迟,为FW1到69.98毫米54.88毫米FW2延迟(27.5%)。

在早期阶段(5 mm-40毫米),两个骨架曲线的趋势几乎是相同的,与FW1大于FW2,这表明标本都处于弹性阶段。然而,因为FW2连接器陷入限制的螺栓孔在加载下,其承载力和刚度会低于L-hooked螺栓(FW1),表明新的连接器(FW2)伟大的能量耗散。的局部刚度的新连接器(FW2)只有在获得测试的中间阶段(40毫米- 75毫米阶段)表示,新接头螺栓的位移限制孔已经达到限制。因为的刚性连接器FW1首先进入屈服阶段,和提高承载力FW1变得平坦FW2超过位移加载。在这一点上,新连接器(FW2)开始获得更多框架刚度,因此增加框架的承载力。每个样本都是在屈服阶段在75 mm - 90 mm的阶段。FW1突然波动的曲线,然后迅速下降,明显低于FW2。因为L-hooked螺栓之间的焊缝(FW1)和角钢坏掉了75毫米阶段所以FW1连接器类型变得越来越灵活,迅速降低和框架的刚度的贡献。L-hooked螺栓的承载能力达到最大,并立即进入破坏阶段,和最大值明显小于FW2的场景。然后,在105 mm - 135 mm阶段,整体框架的承载力随负载的逐渐增加,所以两个骨架曲线的测试组减少,FW1下降更明显。

5.2。延性系数

高延性结构的塑性变形能力高,可防止脆性破裂的出现,为人们提供更多的时间试图隐藏或逃避在地震或其他事故的事件42]。因此,延性抗震设计中是绝对有必要的。本文使用公园的方法找到骨架曲线的屈服点。延性系数(μ=Δu/Δy)测试标本墙的正面和负面的加载方向如表所示4。延性被定义为极限位移的比值(Δu横向荷载值时对应的位移减小85%的承载能力或结构成员破碎时)屈服荷载位移(Δ吗y时位移结构第一收益率)提升分支。

在表3,75毫米点作为FW1的终极点,因为焊接(L-hooked螺栓和角钢)装船时骨折±75毫米阶段。至于FW2, 105毫米作为终极点,因为新的连接器在梁柱焊缝断裂的新连接器在±105毫米阶段。每个标本的延性系数计算正面和负面的加载方向。它可以看到从标本的延性系数的平均值FW2 FW1的大于8.9%。这表明新的连接器具有更好的延性对结构的贡献。

5.3。刚度退化

标本的刚度退化系数和位移图描述19演示了刚度退化。刚度退化系数(K_j)如下43]: 在哪里和分别表示的最大载荷和位移,在我当位移等于th加载周期j。加载周期的数量在每个载荷循环定义n。

正如预期的那样,刚度FW1减少明显的侧向位移增加。从初始刚度,可以看出FW1(平均4.16 kN /毫米)远远大于FW2(平均2.50 kN /毫米),因为新的关节通常是一个灵活的关节为螺栓摇摆的限制孔连接器(消耗能量)在早期。因此,FW2的初始刚度越小,相比传统的刚性接头L-hooked FW1螺栓。在40毫米阶段,FW2似乎暂时增加的刚度退化新连接器接触限制的螺栓孔。在60 - 90毫米,刚度退化的FW1显著下降,而FW2仍相当稳定,超过FW1 60毫米,如图16。两者的平均刚度退化后,弹性阶段(75毫米)是2.15和2.38,分别,FW2相比提高10.6%传统L-hooked螺栓(FW1)。

5.4。能量耗散

结构的能量耗散能力在这个测试是衡量力位移封闭的面积。结构能量耗散能力直接与磁滞回线的面积成正比。越多的能量耗散结构,更安全,更少的影响。等效阻尼系数(ξ_e)是由以下方程(44]: 在哪里 磁滞曲线包围的面积和吗 是两个三角形的面积之和,如图20.。

等效阻尼系数(ξ_e的标本)与位移关系图所示21。FW1曲线的趋势ξ_e迅速降低清廉mm,然后迅速增加(10毫米)。这表明酒精度面板由L-hooked螺栓、压缩和孔变大。至于FW2,它提出了快速0-40毫米阶段因为新连接器的螺栓孔滑动结构耗能的限制。然后,它缓慢下降后40毫米,提高60毫米后迅速因为当螺栓达到限制孔,面板开始被压缩。在位移小于60毫米,ξ_eFW1 FW2比那个大。随后,FW1比FW2略大,因为破碎的焊接接头和伤害的一部分酒精度面板。然后,它超越了他们在80毫米的局部破坏FW2的酒精度面板。然而,FW2 FW1超越了130毫米的阶段,因为几乎所有焊缝FW1坏了,制造连接器完全灵活,而新的连接器是稳定工作。等效阻尼系数(ξ_e)新连接器(FW2)明显大于L-hooked螺栓(FW1)在极限阶段。在屈服状态,FW2等效阻尼因子的增加了10.2%,而FW1。至于极限状态,FW2增加35.3%。标本的能量耗散参数在产量和极限状态如表所示5。一般来说,框架与新连接器ALC板具有良好的耗散能量的能力。

5.5。有限元结果的验证

仿真结果验证了有限元分析的对比测试数据,如图22- - - - - -24。具体来说,滞回曲线和骨架曲线结果表明,积极的方向几乎是类似的,有限元分析仿真趋势通常类似于测试的趋势,仿真结果和初始刚度是略大于测试结果。此外,测试磁滞曲线的“捏”效应比仿真结果更重要。因为地面的滑动梁发生在大位移加载测试。参加试验的有限元简化了复杂边界条件(地梁的滑移,小标本,差距等)(36]。此外,钢网滑移酒精度面板上没有考虑。然而,上述差异是在合理的范围内(45]。因此,有限元模型和分析方法可以准确地反映结构的抗震能力的新酒精度面板连接器和L-hooked螺栓。

6。结论

在本文中,一个新的灵活的酒精度面板连接器发明为解决施工问题。建立了《,在低周加载进行了全面的测试。它有更好的地震和面板的协同能力,特别是在小地震(裂缝发生晚)。在大地震,它还可以提供特定的结构刚度。新的交叉连接器广泛应用,可取代传统的连接器对钢铁建筑。结果如下所示:(1)新的连接器具有更好的抗震能力。其协同能力更好的出现裂缝的墙上的酒精度面板新的连接器远远晚于L-hooked螺栓。通过对比L-hooked螺栓、最大承载能力的新连接器的结构增加了5%,收益率轴承能力增加了13.9%,和27.5%的屈服位移的延误,导致延性增加了9.8%。(2)新的连接器工作稳定全面的低周反复加载试验,而传统的焊接L-hooked螺栓断裂在75毫米的阶段。新的连接器后洞,达到限制限制的最大负载能力框架与L-hooked螺栓相比增加了5.2%。对标本的破坏模式是相同的。板的连接处是第一个被损坏,其次是孔和角落的酒精度面板。(3)虽然L-hooked螺栓相对较大的初始刚度,刚度退化率大于新连接器在弹性阶段,减少10.6%,受益于限制孔的设计新的灵活的连接器,使结构的能源消费能力大幅上升。新连接器的等效阻尼系数增加了10.2%和35.3%的产量和极限状态。(4)有限元模拟结果与测试大致相似,和交叉连接器具有更好的抗震能力。测试磁滞曲线的“捏”效应比仿真结果更重要,这是在合理的范围内。有限元模型,通过有限元分析可以模拟新的连接器和L-hooked螺栓结构准确,和《有参考价值的结果。

数据可用性

测试的数据和仿真用于支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

Kewei丁概念化的研究,提供资源,编辑和审阅这篇文章。Chikun张提供了方法,进行模拟、测试和分析,写了初稿,编辑和审阅这篇文章。Shulin他进行了模拟和测试,编辑文章。云林刘概念研究和提供资源。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金资助(11472005),安徽的大学协同创新项目(gxxt - 2019 - 005),和教育部的产学合作教育项目(202002129042)。