基于夹层板理论的不锈钢芯板楼板受力性能试验研究

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不锈钢芯板结构是一种全新的不锈钢结构,由表面两层不锈钢薄板(后称面板)与夹在中间的按一定规律进行排列的不锈钢薄壁圆管(后称芯管)组成,这种组合方式使得不锈钢芯板在用作楼板时,结合了不锈钢材料、蜂窝夹芯板以及空腹网架的力学特性。面板与芯管之间采用热风钎焊技术进行刚性连接,这类焊接方式很大程度上降低了芯板的残余应力,同时保证了接头强度可靠。目前已有学者针对不锈钢芯板楼板进行了研究,但是所提出的理论公式只适用于特定构造的不锈钢芯板,同时不适用于芯板的强度计算,不具备广泛的适用性。本文主要研究不锈钢芯板楼板在受竖向荷载作用下的受力性能以及受力机理,基于夹层板理论提出了不同构造下不锈钢芯板楼板的挠度与强度设计公式,公式具有广泛的适用性,具体研究工作如下:(1)概述了国内外关于不锈钢材料的本构模型及其应用结构、蜂窝夹芯板结构、空腹网架结构以及夹层板理论的研究进展。(2)设计并进行了五组不锈钢芯板楼板对边简支单向板足尺试件的三点弯曲试验和一组不锈钢芯板楼板四边简支双向板足尺试件的堆载试验,研究分析了不锈钢芯板楼板受竖向荷载作用下的受力变形过程,研究了各试件挠度特征点的荷载-挠度曲线、结构特征点处的荷载-应变曲线以及变形破坏机理。(3)针对试验过程,建立ABAQUS有限元模型进行模拟,对比有限元计算结果与试验实测结果中的荷载-挠度曲线、变形特征以及应变分布,验证了有限元模型的可靠性。基于有限元结果与试验结果,对芯板楼板受力机理进行了分析,探讨了夹层板理论及其弯曲刚度计算式用于芯板楼板的可行性;探讨了通过有限元模型计算芯板剪切刚度的方法。(4)建立不同尺寸参数的芯板楼板有限元模型,分析了不锈钢芯板楼板各尺寸参数对其剪切刚度、承载力以及应力分布的影响,得到了不锈钢芯板剪切刚度、承载力以及应力分布随各个参数变化的规律。(5)基于受力机理分析与参数分析的结果,推导了不锈钢芯板楼板剪切刚度计算公式;基于夹层板理论,提出了不锈钢芯板楼板挠度与强度计算公式;通过试验实测数据以及有限元计算结果验证了不锈钢芯板楼板挠度与强度设计公式的安全性和有效性。
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