轻钢与泡沫混凝土组合结构的破坏机理研究

This project in the country for energy conservation of the building project implementation and the process, exterior insulation system promotion since the problem, the present stage outside using heat preservation material has serious fire safe hidden trouble. And lightweight steel and foam concrete structure (the cold-formed thin-walled steel skeleton and cast-in-situ foam concrete form dense column type lightweight steel composite wall and dense rib type lightweight steel composite floor slab) can achieve A level fire prevention requirements, and has a light weight, seismic performance is good, energy saving heat preservation etc, and can be used for multistory buildings, realize the energy saving and structure with life. The content of the study include: 1. The foam concrete constitutive relationship research; 2. Lightweight steel and foam concrete interface properties; 3. Lightweight steel and foam concrete composite wall bearing capacity research; 4. Lightweight steel and foam concrete composite floor slab bearing capacity and deformation properties. Through the establishment of foam concrete constitutive relation model, expounds the failure mechanism of the lightweight steel and foam concrete composite structure, put forward the lightweight steel composite wall and composite floor slab carrying capacity calculation theory, for lightweight steel and foam concrete composite structure of further research and application technology foundation laid. This project is expected results for the published 6 papers, 2 the patent for utility model, and 1 patent for invention.

本项目针对在全国建筑节能工程的实施和推进过程中，外墙外保温系统推广以来出现的问题，现阶段采用外保温材料存在严重的防火安全隐患。而轻钢与泡沫混凝土组合结构（采用冷弯薄壁型钢骨架与现浇泡沫混凝土形成的密柱式轻钢组合墙体和密肋型轻钢组合楼板）可以达到A级防火要求，且具有自重轻、抗震性能好、节能保温等优点，可用于多层建筑，实现节能与结构同寿命。其研究内容包括：1.泡沫混凝土的本构关系研究；2.轻钢与泡沫混凝土界面性能研究；3.轻钢与泡沫混凝土组合墙体承载能力研究；4.轻钢与泡沫混凝土组合楼板承载能力和变形性能研究。通过建立泡沫混凝土本构关系模型，阐明轻钢与泡沫混凝土组合结构的破坏机理，提出轻钢组合墙体和组合楼板的承载能力计算理论，为轻钢与泡沫混凝土组合结构的进一步研究和推广应用奠定技术基础。本项目预期成果为发表学术论文6篇, 申请实用新型专利2项、发明专利1项。

轻钢与泡沫混凝土组合结构是采用冷弯薄壁型钢骨架与现浇泡沫混凝土形成的密柱式轻钢组合墙体和密肋型轻钢组合楼板，具有自重轻、抗震性能好、节能保温以及达到A级防火要求等优点，可用于多层建筑，实现节能与结构同寿命。但现阶段针对结构用泡沫混凝土的研究较少，用作保温隔热材料的、低密度的泡沫混凝土研究较多。而开展轻钢与泡沫混凝土形成的组合结构的相关研究刚刚起步，试验研究资料匮乏，不利于轻钢与泡沫混凝土组合结构的应用。深入系统地开展轻钢与泡沫混凝土组合结构研究，揭示其破坏机理，对该组合结构的推广应用具有重要意义。本项目的主要研究进展和结果如下：.（1）建立了不同密度泡沫混凝土的本构关系，可为有限元分析和计算提供本构关系模型。分别采用普通水泥和硫铝酸盐水泥配置了4种密度的泡沫混凝土，采用粉煤灰、石灰和砂子作为泡沫混凝土的掺合料，明确了最佳掺合料的比例。.（2）建立了轻钢与泡沫混凝土界面抗剪强度与滑移应变之间的关系，为轻钢与泡沫混凝土组合结构构件承载力和变形计算提供依据。针对不同密度的泡沫混凝土与型钢间的界面滑移性能，给出了组合构件界面粘结滑移本构方程。.（3）深入研究了型钢开孔以及双型钢间设置横向连接板带对界面滑移性能的影响，具体研究了型钢翼缘和腹板开孔直径、间距，以及双型钢之间设置横向连接板带的间距、设置部位等减少界面滑移的技术措施，取得了良好的效果。.（4）明晰了组合楼板和组合墙体的破坏机理，提出组合楼板和墙体的承载力计算方法，为轻钢与泡沫混凝土组合结构的应用提供依据和计算方法。.（5）泡沫混凝土本构关系以及组合构件界面粘结滑移本构关系的建立为轻钢与泡沫混凝土组合结构的有限元模拟分析奠定理论基础，本项目研究对轻钢与泡沫混凝土组合结构的工程推广和应用具有重要的意义。试验研究表明组合墙体和组合板具有优良的工作性能，预示着这种组合结构具有良好的应用前景。