轻钢龙骨吊顶挠度试验研究*

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轻钢龙骨吊顶挠度试验研究*

张壮南　白景帅　李帼昌　谭振东

(沈阳建筑大学， 沈阳　110168)

摘　要：轻钢龙骨质轻、高强、施工简便，因而广泛应用于实际工程中。为给轻钢龙骨吊顶挠度限值的研究提供一定的试验依据，对轻钢龙骨吊顶的挠度进行试验研究。共设计7个试件，主、副龙骨选用U38、C50两种截面形式，以主、副龙骨的跨度为主要变化参数，分析不同跨度下龙骨的破坏特征、荷载-挠度曲线。试验结果与理论值吻合较好；跨度大于1 200 mm的情况下，主龙骨容易发生弯扭失稳，副龙骨不发生失稳，实际工程中应使龙骨跨度不大于1 200 mm。

关键词：轻钢龙骨； 吊顶； 挠度； 试验研究

轻钢龙骨是以镀锌钢带或薄钢板由特制轧机以多道工艺轧制而成的[1]。它可适配各种质地的板材，具有通用性好、装配方便等特点[2]。钢结构建筑室内装修一体化在国内外发展迅速，其中吊顶作为室内装饰装修的一部分在装修一体化中扮演重要角色。近年来我国正推动装修一体化，不断发展成品住宅，使住宅产业可以得到持续长久的发展[3]。钢结构建筑轻钢龙骨吊顶挠度的研究在国内外较少，目前还没有规范给出相应的挠度限值，在实际工程中，仅凭借经验值进行施工。针对此问题，本文进行了轻钢龙骨吊顶挠度的试验研究，其意义在于：分析了轻钢龙骨吊顶在常用跨度下的一些破坏形式；试验所得数据可为轻钢龙骨吊顶挠度限值的研究提供分析依据。

1　试验研究

1.1　试件设计

共设计了7个试件，主、副龙骨选用U38、C50两种截面形式，轻钢龙骨吊顶如图1所示,所采用的断面形式见图2，其中U形龙骨为承载龙骨，C形龙骨为覆面龙骨。本文以角钢代替楼板，通过角钢位置的变化改变主龙骨与副龙骨的跨度。SJ-1、SJ-2、SJ-3和SJ-4通过主龙骨跨度的变化测量其挠度，SJ-5、SJ-6和SJ-7通过改变副龙骨的跨度测量其挠度。龙骨主要参数如表1所示。

图1　轻钢龙骨吊顶

1.2　材性试验

本试验所用钢材的材性试验在液压式材料试验机上进行，试件加工制作时在龙骨同批次的钢材上取2组试样，根据GB/T 6397—1986《金属拉伸试验试样》[4]对试样沿纵向进行单轴拉伸试验，钢板拉伸试样见图3，单向拉伸试件的材性试件加工参数如表2所示。测试方法依据国家标准GB/T 228—2002《金属材料室温拉伸试验方法》[5]的有关规定进行，测得钢材的性能指标如表3所示。

a—U形龙骨；b—C形龙骨。
图2　轻钢龙骨断面形式

表1　龙骨主要参数

试件编号副龙骨跨度/mm主龙骨跨度/mmSJ-11000900SJ-210001200SJ-310001500SJ-410001800SJ-59001200SJ-611001200SJ-712001200

图3　钢板拉伸试样

表2　单向拉伸试件的加工参数

mm

试件类别钢材等级a0b0L0LrDHC主龙骨Q2351208090204015020副龙骨Q2350.5208090204015020

表3　钢材性能指标

试件类别屈服强度/MPa极限强度/MPa弹性模量/MPa泊松比延伸率/%主龙骨263.5316.72.02×1050.28322.7副龙骨274.2327.41.98×1050.25121.9

1.3　试件边界条件及试验加载的制度

主龙骨和副龙骨边界条件为简支，试验采用堆载的方式进行加载。试验前按照设计的加载制度称量好10个沙袋，每袋重20 N，逐袋进行放置，本试验分为11级进行加载。在试验过程中为了模拟均布荷载作用，需要在龙骨上放置木板，以便在木板上均匀放置沙袋，本试验选用18 mm厚的板来放置沙袋。试验采用对称加载的方式，第1级加载为木板，第2级加载位于板中心处，第3级加载位于板的左侧，第4级加载位于板的右侧，第5级加载位于板的中心处上方，第6级加载位于板中心处下方，第7级加载位于板的右上角，第8级加载位于板的左下角，第9级加载位于板的左上角，第10级加载位于板的右下角,第11级加载于中心处。逐级加载如图4所示。

注：图中数字表示加载顺序。
图4　加载示意

1.4　测点布置

根据试验目的，需要测试主、副龙骨挠度。龙骨的变形主要通过位移计来测量，本试验中使用两个位移计，其中位移计1布置在主龙骨跨中与副龙骨连接部位，用来测量主龙骨的位移。位移计2布置在中间的副龙骨跨中，用来测量副龙骨的位移，数据整理时，两个位移计的读数之差即为副龙骨的实际位移。利用静态应变仪进行应变和挠度的数据采集。静态应变仪和位移计，如图5所示。应力和应变主要是靠粘贴在主龙骨和副龙骨跨中外部表面的应变片来测量，应变片粘贴位置如图6所示。

a—静态应变仪;b—位移计。
图5　静态应变仪和位移计

图6　应变片粘贴位置示意

2　试验现象与分析

图8　理论与试验荷载-位移曲线对比

通过对比可以看出，在相同荷载情况下，通过结构力学求解器得出不考虑构件初始缺陷的计算值比试验值小10%左右。

3　结束语

1)在正常使用情况下，即主龙骨和副龙骨处于弹性阶段时，在跨度小于1 200 mm范围内，主、副龙骨不发生失稳；在跨度大于1 200 mm的情况下，主龙骨发生弯扭失稳，而副龙骨不发生失稳现象。

2)通过试验得出龙骨在不同跨度下的力和位移曲线，与理论值吻合良好。

参考文献

[1]　苏晓爽.装饰施工中轻钢龙骨石膏板吊顶的质量控制[J].中华建设,2013(2):140-141.

[2]　夏禹,王玲.铝扣板吊顶在厨卫中的运用[J].现代装饰(理论)，2014(9):29.

[3]　佘健俊,陈礼靖,李梅.住房装修一体化承发包模式选择研究[J].工程管理学报,2014(5):121-125.

[4]　GB/T 6397—1986　金属拉伸试验试样[S].

[5]　GB/T 228—2002　金属材料室温拉伸试验方法[S].

[6]　韩林海.钢管混凝土结构:理论与实践[M].2版.北京：科学出版社，2007.

本试验是基于正常使用情况下，即主龙骨和副龙骨处于弹性阶段的钢结构建筑用轻钢龙骨吊顶的挠度分析。SJ-1和SJ-2由于跨度较小，试验过程中并无失稳现象，SJ-5和SJ-6卸载后有残余变形。SJ-3、SJ-4和SJ-7，由于跨度较大，其主龙骨发生弯扭失稳。具体情况如下：SJ-3当加载到第8级(360 N)时，主龙骨突然发生弯扭失稳，如图7所示。原因主要是由于主龙骨与副龙骨连接处挂片导致主龙骨产生扭矩和偏心受压。SJ-4当加载到第6级(360 N)时，主龙骨突然发生弯扭失稳，说明主龙骨跨度达到1 800 mm时偏不安全，建议实际工程中避免龙骨跨度达到1 800 mm；SJ-7当加载到第5级(273.6 N)时，主龙骨突然发生弯扭失稳，SJ-4、SJ-7失稳的原因与SJ-3的相同。副龙骨并无失稳现象，主要原因在于副龙骨翼缘两端受力相等，无偏心受压和扭矩作用。为解决龙骨因扭矩和偏心受压导致的突然失稳问题，应该针对主、副龙骨连接处的吊件和挂件进行研究，设计出更加合理的挂片形式，尽量避免这种现象的发生。

图7　试件SJ-3失稳

各试件中荷载和跨中挠度的关系曲线以及理论值如图8所示。其中横轴表示龙骨的跨中挠度，纵轴表示在龙骨上加的荷载。SJ-1和SJ-2在加载过程中处于弹性阶段，因此卸载后没有残余变形。SJ-5和SJ-6虽然没有发生弯扭失稳，但是由于荷载卸载之后出现残余变形，说明已进入塑性阶段。

EXPERIMENTAL STUDY ON DEFLECTION OF CEILING LIGHT STEEL KEEL

Zhang Zhuangnan　Bai Jingshuai　Li Guochang　Tan Zhendong

(Shenyang Jianzhu University, Shenyang 110168, China)

ABSTRACT：Light steel keel has been widely used in practical engineering because of light weight, high strength and convenient construction. In order to provide the test basis for the research of deflection limit of ceiling light steel keel, a total of 7 ceiling light steel keels with two cross sections of U38 and C50 were tested. Using the span of main and deputy keels as the main variable parameters, the failure mode and load-deflection curve of specimens with different spans were studied in this paper. The span of the keel should not be exceed 1 200 mm in engineering owing to main keel was prone to instability while the deputy keel was stable. In addition, the theoretical values were in a good agreement with the test results.

KEY WORDS：light steel keel; ceiling; deflection; experimental study

DOI:10.13206/j.gjg201602013

收稿日期：2015-11-06

*“十二五”国家科技支撑计划项目(2012BAJ13B05)。

第一作者：张壮南，女，1977年出生，博士，副教授。

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