金屬面夾芯板結(jié)構(gòu)抗爆抗沖擊及防火性能的研究.pdf

1、金屬面夾芯板是由較薄的金屬面板和相對較厚的輕質(zhì)芯材經(jīng)一定成型工藝粘結(jié)而成的組合結(jié)構(gòu),由于具有良好的工作性能,已經(jīng)在工業(yè)廠房和活動房等結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。以夾芯板為圍護構(gòu)件的活動房屋經(jīng)常在化工、石油、礦山開采、建設(shè)工地等地區(qū)使用,此時結(jié)構(gòu)常常受到爆炸、沖擊和火災(zāi)等意外荷載作用,存在著安全隱患。
　　針對金屬面夾芯板結(jié)構(gòu)所遇到的上述實際問題,在理論分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有的實驗研究結(jié)果和有限元分析方法,對金屬面夾芯板結(jié)構(gòu)在爆炸、沖擊和火

2、災(zāi)下的性能進行系統(tǒng)研究。具體包括以下研究工作:
　　1)建立了金屬面夾芯板結(jié)構(gòu)在爆炸、沖擊和火災(zāi)下的有限元模型,并對有限元模型進行了實驗驗證,為后續(xù)研究提供數(shù)值計算方法。
　　2)基于夾芯板在爆炸荷載下的變形規(guī)律將其變形過程分為彎曲剪切變形、彈性拉伸變形、塑性拉伸變形和拉伸斷裂四個階段?；诶碚撏茖?dǎo)給出夾芯板全過程的變形公式,給出了變形公式中分界荷載的取值,即受拉分界爆炸荷載、屈服分界爆炸荷載和斷裂分界爆炸荷載。并采用有限元

3、方法對上述變形公式進行了驗證,最終給出了夾芯板抗爆驗算方法。
　　3)采用有限元方法研究了整體結(jié)構(gòu)對夾芯板抗爆性能的影響,發(fā)現(xiàn)了夾芯板端部縱梁的撓曲變形對夾芯板變形有較大影響,而縱梁對夾芯板的轉(zhuǎn)動約束和結(jié)構(gòu)的整體水平變形對夾芯板的變形影響較小。最終給出了考慮縱梁影響的結(jié)構(gòu)中的夾芯板變形計算公式和抗爆的驗算方法。
　　4)采用顯式有限元計算方法對夾芯板抗沖擊性能進行研究,得到相關(guān)參數(shù)對夾芯板局部變形、整體變形、總變形和沖擊力的

4、影響。由構(gòu)件局部變形勢能和外力功建立體系的總勢能,采用勢能駐值原理得到了集中力和局部變形的關(guān)系;根據(jù)集中力和整體變形關(guān)系得到整體變形剛度;并采用側(cè)推靜力分析對夾芯板的局部變形剛度和整體變形剛度進行了修正和驗算。
　　5)采用靜力方法對夾芯板抗沖擊性能進行分析,將夾芯板的局部變形勢能和整體變形勢能相結(jié)合,通過與沖擊體動能建立能量守恒關(guān)系,得到了夾芯板在沖擊下的靜力等效集中荷載、局部變形值、整體變形值和總變形值;采用動力方法對夾芯板抗

5、沖擊性能進行分析,將整個沖擊體系看作彈簧質(zhì)量模型,引入局部變形剛度和整體變形剛度,根據(jù)彈簧質(zhì)量模型的動力平衡關(guān)系,得到了夾芯板總變形值和沖擊力;靜力法和動力法得到的結(jié)果是一致的。最終,以夾芯板上層金屬面板開裂或夾芯板產(chǎn)生較大整體變形為沖擊破壞驗算標準,給出了金屬面夾芯板抗沖擊設(shè)計的驗算方法。
　　6)通過火災(zāi)室內(nèi)熱煙氣層的熱平衡得到了室內(nèi)溫度的基本公式,公式中反映了影響室內(nèi)溫度的各個因素。針對一般室內(nèi)和活動房特有結(jié)構(gòu)形式建立FDS

6、模型,從而得到了一般室內(nèi)和活動房室內(nèi)溫度基本公式中的相關(guān)參數(shù)取值,并結(jié)合t2火災(zāi)發(fā)展模型得到了活動房室內(nèi)火災(zāi)的升溫曲線。
　　7)基于臨界溫度相等的原則,將結(jié)構(gòu)變形曲線簡化為彈性段和垂直段,來代替原有的彈塑性模型。理論推導(dǎo)得到彈性段的變形公式,并給出了分界點的確定方法,進而求得了單榀結(jié)構(gòu)火災(zāi)下的臨界溫度計算公式。通過有限元方法比較了單榀框架和整體結(jié)構(gòu)的抗火性能。最后,為了方便活動房結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計,給出了防火保護層厚度的實用計算公式