金屬面夾芯板抗彎性能的理論及試驗(yàn)研究.pdf

1、作為組合結(jié)構(gòu)，金屬面夾芯板由相對(duì)較厚的輕質(zhì)芯材和較薄的高強(qiáng)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(diǎn)：輕質(zhì)、高強(qiáng)、高剛度，同時(shí)還具有預(yù)制構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)。本文主要針對(duì)金屬面夾芯板在工程項(xiàng)目中應(yīng)用時(shí)所遇到的實(shí)際問題，結(jié)合試驗(yàn)、理論及有限元等方法對(duì)夾芯板在靜力荷載作用下的抗彎承載力及其在脈動(dòng)風(fēng)荷載作用下的疲勞性能進(jìn)行研究，從而為工程實(shí)際應(yīng)用提供參考。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)對(duì)工程項(xiàng)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(yàn)研究，獲得各自的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度及相應(yīng)的彈性模量，并結(jié)合理論分析及試驗(yàn)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(yàn)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(duì)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(yàn)研究。同時(shí)，通過試驗(yàn)研究了實(shí)際工程中兩端節(jié)點(diǎn)連接對(duì)金屬面夾芯板變形的影響。試驗(yàn)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(jì)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(jì)算公式。同時(shí)，在單跨統(tǒng)一變形計(jì)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(jì)算公式。
　　(4)對(duì)兩端簡(jiǎn)支深

4、壓型金屬面夾芯板在均布荷載及集中荷載作用時(shí)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(duì)等效模型中夾芯部分剪力分配系數(shù)計(jì)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(yàn)進(jìn)行有限元模擬驗(yàn)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(jì)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(jì)算試驗(yàn)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(jì)算公式中，發(fā)現(xiàn)理論公式計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果及有限元結(jié)果吻合良好，證明了該統(tǒng)一變形計(jì)算公式的適用性。
　　(6)通過有限元模型研究了板跨長(zhǎng)度、板厚、面板厚度及芯材剪切模量對(duì)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(jì)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(shí)的芯材剪力分配系數(shù)，結(jié)合各參數(shù)影響規(guī)律對(duì)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(shí)用計(jì)算公式。
　　(7)結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果分析指出當(dāng)前歐洲夾芯板推薦規(guī)范中極限強(qiáng)度計(jì)算公式偏于不安全，并通過有限元模型對(duì)平表面金屬面夾芯板的皺曲性能進(jìn)行研究，修正了計(jì)算公式。
　　(8)結(jié)合金屬面夾芯板變形計(jì)算公式特點(diǎn)得到

7、了多點(diǎn)均布加載時(shí)跨中最大變形的計(jì)算公式，并理論研究了實(shí)際工程中兩端節(jié)點(diǎn)連接對(duì)金屬面夾芯板變形的影響。首先通過理論分析，建立節(jié)點(diǎn)連接的簡(jiǎn)化理論模型，得到其變形計(jì)算公式；然后結(jié)合有限元對(duì)節(jié)點(diǎn)影響進(jìn)行分析并與試驗(yàn)結(jié)果相比較，驗(yàn)證了理論分析的可靠性，得出了節(jié)點(diǎn)連接對(duì)單跨夾芯板變形影響較小，可視為兩端簡(jiǎn)支的結(jié)論。
　　(9)對(duì)用于高速鐵路及輕軌兩側(cè)承受脈動(dòng)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(yàn)研究。首先理論分析了不同荷載作