基于高性能蜂窩板的輕型屋蓋體系試驗研究.pdf

1、由金屬蜂窩薄板經特定方式連接而成的蜂窩板片結構體系，是一種新型空間結構體系，它具有自重輕、剛度大、綜合造價低等特點，可廣泛應用于各種類型的大跨屋蓋結構或大空間樓蓋結構。本文針對該類結構設計中必須解決的兩個關鍵問題展開理論和試驗研究，即蜂窩夾芯板的彈性參數合理等效問題，以及蜂窩板片之間連接件實際工作狀態(tài)的有效模擬問題，經過有限元分析和一系列的試驗研究，得到了以下主要結論。
　　(1)在研究正六邊形蜂窩夾芯彈性參數等效理論與蜂窩板等效

2、理論的基礎上，通過若干典型算例分析，結果表明:蜂窩板等效后其自振頻率和撓度的理論解與有限元解誤差分別在3％和5％左右，其中以“三明治夾芯板理論”的等效誤差最小。
　　(2)通過蜂窩板的材性試驗以及板條的彎曲和剪切性能試驗，發(fā)現蜂窩夾芯對蜂窩板抗拉強度的影響很小，而對蜂窩板抗彎剛度的影響很大，由于理論模型忽略了夾芯抗彎剛度的貢獻，其計算值明顯小于試驗實測值。通過單塊蜂窩夾層板的抗彎承載力性能試驗，并依據“三明治夾芯板理論”與“蜂窩板

3、理論”對蜂窩夾層板進行有限元分析和理論計算，兩者撓度值與理論值相比，在彈性工作階段的誤差僅為5％左右。
　　(3)蜂窩板片結構兩個足尺模型的極限承載力試驗研究與有限元分析結果表明，該類結構具有很高的強度和剛度，在4～5倍的設計荷載作用下，結構仍處于彈性工作階段，且跨中撓度滿足剛度要求。其破壞形態(tài)分別表現為連接件的剪切破壞和受壓蜂窩薄板的面內屈曲失效。有限元分析與試驗實測結果的偏差在10％左右，表明所建立的有限元等效模型是合理可靠的

4、，從而為今后該類結構的數值模擬分析提供了參考依據。
　　(4)盡管矩形蜂窩夾層板的屈曲特征值可以通過解析解求得，但在蜂窩板屈曲荷載作用下，其金屬面板往往早于強度屈服。矩形蜂窩夾層板屈曲理論僅考慮蜂窩板的整板工作性能，不符合結構的實際工作狀況的。通過考慮蜂窩夾芯的材料性能，并以Gibson給出的蜂窩坍塌應力上限值控制蜂窩板的面內屈曲，得到了較為合理的蜂窩板面內屈曲特征值分析方法。
　　(5)通過對蜂窩板片結構試件在不同連接件數