新型冷弯薄壁型钢-秸秆草砖复合墙体的力学性能及抗震机理

The crop straw bale dwellings can meet the famers' demand in HaiNan Island, in where the rice is the main grain crop. The modern houses in rural areas should be two-layer buildings almost. The research on a novel green environmental protective wall with cold-formed steel and crop straw brick composites is carried out.In the wall, cold-formed steel structures are used to bear vertical load, and filled in the space of thin steel columns with crop straw bricks which have super thermal and energy consuming properities.According to the performances of large deformation of crop straw bricks in one or two dimensions(confined by side restriction),the "Maxwell" or "Kelvin" theories are adopted to research on adhensive elastic-plasticity constitution of crop straw bricks,the parameters in which can be obtained by experiment of straw bricks. Considering the specific viscous performances of cold-formed steel structures in local buckling and the adhensive elastic-plasticity of straw bricks ,the "Burgers" theory will be used to research on static and dynamic interaction of cold-formed steel structures and straw bricks in the composite wall.Based on the static and dynamic experiment of composite walls with typical connection of cold-formed steel and straw bricks, the research on interactive mechanism of each members,and the energy consuming and anti-seismic mechanism of composite wall will be carried out,to provide the mechanic parameters in calculation of vertical and anti-seismic bearing capacity.Thus the foundation of design and application in engineering is estabilished.

以水稻为主要粮食作物的海南岛适合大量推广建造秸秆草砖住宅，现代化农村住宅应以二层建筑为主。本课题针对采用具有良好隔热保温、吸能等特性的秸秆草砖和薄壁型钢承重骨架构成的绿色环保新型冷弯薄壁型钢-秸秆草砖复合墙体开展研究。根据秸秆草砖的一维和二维(受侧限约束)大变形特点,拟参考麦克斯威尔(Maxwell)或开尔文(Kelvin)等理论,在试验基础上获得秸秆草砖的本构关系参数，建立秸秆草砖的本构关系模型；综合考虑草砖的粘弹塑性及冷弯薄壁型钢局部屈曲后的粘滞特性，拟采用伯格斯(Burgers)理论深入分析型钢-秸秆草砖复合墙的静、动力相互作用，建立钢骨架与草砖的一维简化模型、二维粘弹塑性模型及复杂相互作用模型；通过冷弯薄壁型钢与秸秆草砖典型连接构造复合墙体的静、动力试验，深入研究各种构件间的相互作用机理及耗能和抗震机理，得出竖向承载力和水平抗震承载力计算的力学参数，为设计和工程应用奠定基础。

本课题对冷弯薄壁型钢-秸秆草砖复合墙体的静、动力承载力性能进行了研究，进而探索该类轻钢秸秆草砖复合墙体的抗震机理，分析了秸秆草砖对地震作用下墙体构件承载力的贡献。分别对冷弯薄壁型钢骨架的静动力性能及秸秆草砖墙体的静动力性能进行了试验研究和有限元分析，并得到了不同密度秸秆草砖的荷载应变关系，合理确定秸秆草砖的极限承载力，为提出秸秆草砖的力学本构关系及进一步进行结构体系研究提供了理论依据。同时开展了钢木组合楼盖的试验研究工作，为该类轻钢秸秆草砖住宅提供一种适宜的轻型楼盖体系。项目的主要研究内容及结论如下：.（1）进行了冷弯薄壁型钢骨架的低周往复荷载试验研究，并将其与设有OSB板加强冷弯薄壁型钢骨架墙体进行了比较，得到了承载力的一般规律，提出了水平抗剪刚度的简化计算方法。同时对节点进行了有限元分析，证明该类连接能够满足承载力的要求。.（2）对水稻秸秆草砖墙体进行了竖向静力承载力性能研究，该草砖墙体分别采用钢丝网和玻纤网格布进行了加强，并采用水泥砂浆抹灰。结果表明，两种加强措施均为有效，钢丝网加强后草砖墙体的承载力得到较大的提高，后者提高较小，但后者延性更好。.（3）进行了水稻秸秆草砖墙体的低周往复荷载试验研究，得到了其在水平往复加载下的承载力、变形及耗能规律。该秸秆草砖墙体外覆有钢丝网，并采用水泥砂浆抹灰。根据试验及有限元分析结果，推导了秸秆草砖墙体抗剪强度理论公式以及抗侧刚度K简化计算公式。.（4）针对秸秆草砖墙体变形较大的特点，对其在屋架荷载作用下的墙顶构造进行了研究。在草砖墙顶采用木桁架来承受屋架荷载，以避免集中荷载下的过大变形。分别对无抹灰、全抹灰、部分抹灰、预压后抹灰草砖墙上木桁架进行承载力试验研究，得到了其承载力的一般规律。.（5）通过对两个钢-OSB板“T”型带肋组合梁试件进行试验，分析了构件的力学性能和破坏形态，得到了组合梁跨中的荷载-位移曲线、钢板沿梁跨方向的应变分布、组合梁跨中沿截面高度的纵向应变分布。试验结果表明，钢板均屈服，能较好发挥其作用，有效地提高了木梁的承载力。