金屬面夾芯板抗彎性能的理論及試驗研究.pdf

1、作為組合結(jié)構(gòu)，金屬面夾芯板由相對較厚的輕質(zhì)芯材和較薄的高強金屬面板經(jīng)一定成型工藝粘結(jié)而成，因此金屬面夾芯板具有組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：輕質(zhì)、高強、高剛度，同時還具有預(yù)制構(gòu)件的優(yōu)點。本文主要針對金屬面夾芯板在工程項目中應(yīng)用時所遇到的實際問題，結(jié)合試驗、理論及有限元等方法對夾芯板在靜力荷載作用下的抗彎承載力及其在脈動風(fēng)荷載作用下的疲勞性能進(jìn)行研究，從而為工程實際應(yīng)用提供參考。主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)對工程項目中常用的三種金屬面夾芯板芯材

2、（聚氨酯、擠塑板、巖棉）材性性能進(jìn)行試驗研究，獲得各自的抗拉強度、抗壓強度、抗剪強度及相應(yīng)的彈性模量，并結(jié)合理論分析及試驗結(jié)果給出了三種芯材材料的本構(gòu)模型，為工程應(yīng)用提供參考。
　　(2)為了驗證均布荷載下金屬面夾芯板的抗彎承載力統(tǒng)一變形公式的有效性，并獲得不同芯材金屬面夾芯板的力學(xué)性能，對均布荷載及溫差荷載作用下金屬面夾芯板的抗彎性能進(jìn)行試驗研究。同時，通過試驗研究了實際工程中兩端節(jié)點連接對金屬面夾芯板變形的影響。試驗中所考慮多

3、種試件情況，包含兩種截面形式、三種常用芯材、兩種不同厚度及單跨、三跨的情況。
　　(3)為了得到荷載作用下兩種截面形式夾芯板的統(tǒng)一變形計算公式，提出夾芯部分剪力分配系數(shù)和彎矩分配系數(shù)的概念，并結(jié)合夾芯部分的變形微分方程推導(dǎo)了兩種截面形式金屬面夾芯板在均布荷載及集中荷載作用下的統(tǒng)一變形計算公式。同時，在單跨統(tǒng)一變形計算公式的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了均布荷載、溫差荷載作用下多跨金屬面夾芯板的最大變形及內(nèi)力計算公式。
　　(4)對兩端簡支深

4、壓型金屬面夾芯板在均布荷載及集中荷載作用時的夾芯部分剪力分配系數(shù)進(jìn)行理論分析。在深壓型表面金屬面夾芯板中，由于深壓型金屬面板具有剛度，可承擔(dān)部分剪力。通過對等效模型中夾芯部分剪力分配系數(shù)計算公式研究，找出剪力分配系數(shù)的影響因素，為后面芯材剪力分配系數(shù)的有限元研究提供參考。
　　(5)通過有限元程序?qū)饘倜鎶A芯板抗彎性能試驗進(jìn)行有限元模擬驗證，兩者吻合良好，證明了有限元模型的有效性。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合深壓型表面金屬面夾芯板夾芯部分剪力

5、分配系數(shù)的理論公式，通過有限元計算發(fā)現(xiàn)芯材平均剪力分配系數(shù)受作用荷載影響較小，可取均布荷載作用下1/4板跨截面處的芯材剪力分配系數(shù)作為板跨平均芯材剪力分配系數(shù)。然后通過有限元程序計算試驗中試件的芯材剪力分配系數(shù)，并將此系數(shù)帶入統(tǒng)一變形計算公式中，發(fā)現(xiàn)理論公式計算結(jié)果與試驗結(jié)果及有限元結(jié)果吻合良好，證明了該統(tǒng)一變形計算公式的適用性。
　　(6)通過有限元模型研究了板跨長度、板厚、面板厚度及芯材剪切模量對芯材剪力分配系數(shù)的影響，獲得各

6、參數(shù)的影響規(guī)律；然后設(shè)計含不同參數(shù)的正交表，并建立相應(yīng)參數(shù)的有限元模型以獲得不同條件時的芯材剪力分配系數(shù)，結(jié)合各參數(shù)影響規(guī)律對有限元結(jié)果進(jìn)行非線性擬合，得到均布荷載作用下深壓型表面金屬面夾芯板芯材剪力分配系數(shù)的實用計算公式。
　　(7)結(jié)合試驗結(jié)果分析指出當(dāng)前歐洲夾芯板推薦規(guī)范中極限強度計算公式偏于不安全，并通過有限元模型對平表面金屬面夾芯板的皺曲性能進(jìn)行研究，修正了計算公式。
　　(8)結(jié)合金屬面夾芯板變形計算公式特點得到

7、了多點均布加載時跨中最大變形的計算公式，并理論研究了實際工程中兩端節(jié)點連接對金屬面夾芯板變形的影響。首先通過理論分析，建立節(jié)點連接的簡化理論模型，得到其變形計算公式；然后結(jié)合有限元對節(jié)點影響進(jìn)行分析并與試驗結(jié)果相比較，驗證了理論分析的可靠性，得出了節(jié)點連接對單跨夾芯板變形影響較小，可視為兩端簡支的結(jié)論。
　　(9)對用于高速鐵路及輕軌兩側(cè)承受脈動風(fēng)荷載的剪切型聲屏障金屬面夾芯板的疲勞性能進(jìn)行理論及試驗研究。首先理論分析了不同荷載作