基于高性能蜂窩板的輕型屋蓋體系試驗(yàn)研究.pdf

1、由金屬蜂窩薄板經(jīng)特定方式連接而成的蜂窩板片結(jié)構(gòu)體系，是一種新型空間結(jié)構(gòu)體系，它具有自重輕、剛度大、綜合造價(jià)低等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種類型的大跨屋蓋結(jié)構(gòu)或大空間樓蓋結(jié)構(gòu)。本文針對(duì)該類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須解決的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)理論和試驗(yàn)研究，即蜂窩夾芯板的彈性參數(shù)合理等效問(wèn)題，以及蜂窩板片之間連接件實(shí)際工作狀態(tài)的有效模擬問(wèn)題，經(jīng)過(guò)有限元分析和一系列的試驗(yàn)研究，得到了以下主要結(jié)論。
　　(1)在研究正六邊形蜂窩夾芯彈性參數(shù)等效理論與蜂窩板等效

2、理論的基礎(chǔ)上，通過(guò)若干典型算例分析，結(jié)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(guò)蜂窩板的材性試驗(yàn)以及板條的彎曲和剪切性能試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)蜂窩夾芯對(duì)蜂窩板抗拉強(qiáng)度的影響很小，而對(duì)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(xiàn)，其計(jì)算值明顯小于試驗(yàn)實(shí)測(cè)值。通過(guò)單塊蜂窩夾層板的抗彎承載力性能試驗(yàn)，并依據(jù)“三明治夾芯板理論”與“蜂窩板

3、理論”對(duì)蜂窩夾層板進(jìn)行有限元分析和理論計(jì)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(jié)構(gòu)兩個(gè)足尺模型的極限承載力試驗(yàn)研究與有限元分析結(jié)果表明，該類結(jié)構(gòu)具有很高的強(qiáng)度和剛度，在4～5倍的設(shè)計(jì)荷載作用下，結(jié)構(gòu)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(xiàn)為連接件的剪切破壞和受壓蜂窩薄板的面內(nèi)屈曲失效。有限元分析與試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)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(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬分析提供了參考依據(jù)。
　　(4)盡管矩形蜂窩夾層板的屈曲特征值可以通過(guò)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(qiáng)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(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況的。通過(guò)考慮蜂窩夾芯的材料性能，并以Gibson給出的蜂窩坍塌應(yīng)力上限值控制蜂窩板的面內(nèi)屈曲，得到了較為合理的蜂窩板面內(nèi)屈曲特征值分析方法。
　　(5)通過(guò)對(duì)蜂窩板片結(jié)構(gòu)試件在不同連接件數(shù)