建筑用金属面夹芯板力学性能研究现状

金属面夹芯板因其良好的保温、防火、隔声等性能,作为围护结构在装配式建筑工程中得到了广泛的应用,而力学性能作为其保证安全性的基本性能在应用之初就得到了广泛的研究。随着金属面夹芯板在装配式建筑中的推广,新问题及新技术的出现使得金属面夹芯板的力学性能的研究更深入广泛。本文阐述了目前建筑用金属面夹芯板结构的分类及力学特点、金属面夹芯板力学性能的研究方法,以及金属面夹芯板在抗弯承载力、抗风荷载性能和抗冲击性能方面的研究现状。由此可知,目前对金属面夹芯板力学性能的研究已较为成熟。为了使金属面夹芯板有更广泛的应用,还需对层间不完全粘结以及在火灾、低温等特殊情况下的金属面夹芯板的力学性能做进一步的研究。     

爆炸荷载作用下夹芯板的动力响应研究

为了得到夹芯板在爆炸荷载下的动力响应,采用试验、能量法和有限元分析方法对其进行研究.首先,介绍一种可用于夹芯板抗爆性能研究的试验系统装置及其试验结果;其次,将夹芯板的变形过程分为3个阶段,假定夹芯板通过芯材的压缩变形、面板的拉伸和弯曲消耗爆炸荷载作用到夹芯板上的能量,通过能量平衡方程得到夹芯板的变形量;最后,采用有限元...     

几种金属面夹芯板的耐火性能测试

用垂直构件耐火试验炉研究不同厚度的金属面岩棉夹芯板、EPS夹芯板、聚氨酯夹芯板、酚醛夹芯板的耐火性能.用岩棉与EPS、岩棉与聚氨酯进行组合进行耐火性能测试,100 mm厚的岩棉—EPS夹芯板、岩棉—聚氨酯的耐火极限分别达到85、90 min,较大提高了EPS夹芯板和聚氨酯夹芯板的耐火性能.     

建筑用绝热金属面夹芯板抗弯承载力的统一理论和有限元分析

通过对夹芯板的理论研究,得到不同面材夹芯板抗弯承载力的统一表达形式,并引入剪力分配系数的概念,采用有限元方法对不同面材的夹芯板进行回归分析,得到其关于板厚和面板厚度的表达式.最后,将基于此设计公式的计算同不锈钢、秸秆、铝面各种夹芯板的试验值等进行比较,验证设计公式的可行性,从而将各种不同金属面夹芯板抗弯承载力的设计公式...     

金属面夹芯板耐火试验

根据在英国进行的金属面夹芯板的耐火试验 ,对目前国内轻钢结构中常用的几种金属面夹芯板在火灾中的性能进行了总结 ,试验报告表明 ,以硬质聚氨酯或高密度岩棉为夹层的复合夹芯板具有良好的耐火性能。     

泡桐木复合夹芯板面内轴向承载能力分析

回顾了泡桐木复合夹芯板面内轴向承载能力试验,提出了面内轴向荷载作用下泡桐木复合夹芯板承载能力参考限值;针对既有承载力计算方法的不足,运用经典夹层结构复合材料理论,讨论了夹芯板的稳定性及参数变化对其的影响,给出了面内轴向荷载作用下轻质泡桐木复合夹芯板承载能力的计算方法,阐述了泡桐木复合夹芯板的破坏机理。分析表明,取基于弯曲和剪切共同作用的弹性屈曲荷载作为泡桐木复合夹芯板轴向承载能力的限值是比较合适的;芯材拼缝的设计、施工工艺是该夹层结构发挥承载能力的关键因素;与传统的墙板或墙体比较,泡桐木复合夹芯板具有显著的质轻而承载力高的特点。     

建筑工程中大面积金属夹芯板墙面施工技术研究

为了提升金属夹芯板的对接效果,增强整体墙面的荷载强度,本文提出建筑工程中大面积金属夹芯板墙面施工技术研究。通过安装檩托板、檩条时,在待施工的钢结构梁柱上弹出十字定位线,然后利用喜利得射钉建立檩托板与原结构之间的固定关系,并借助Z形和C形檩条灵活转接的属性特征,使得整体墙面檁条施工在牢固性和方便性方面有保证。在金属夹芯板墙板安装阶段,以可灵活移动的曲臂式升降车作为主要施工装置,沿跨度方向每根檩条上标出排板起始点后,按照自右至左的首要顺序,自下而上的次要顺序开展金属夹芯板墙面,同时控制板材竖向接缝宽度的误差在2.0mm以内,由此实现了施工技术的应用。研究结果表明：设计施工技术下,开裂荷载和极限荷载均明显提高,对应的位移变形量也明显提升,表现出了较高的荷载性能。     

均布荷载作用下圆弧夹芯板挠度分析

作为工业厂房屋面板的圆弧夹芯板在使用过程中经常受风荷载、均布活荷载、雪荷载以及恒荷载的作用。在正常使用极限状态下应保证其挠度不宜过大,而在上述荷载作用下,可将其等效为径向均布荷载以及竖向均布荷载。考虑核心剪切变形的一般壳模型及经简化后得到的扁壳模型,得到此两种荷载作用下圆弧夹芯板的跨中挠度表达式,并将两种荷载作用下的跨中挠度表达式进行统一。挠度计算式的计算结果与采用ANSYS有限元分析软件中的SHELL 91单元模拟的结果相比较,两者吻合较好。对挠度表达式的参数进行分析,发现与平面夹芯板不同,提高芯材厚度并不能有效提高圆弧夹芯板的受力性能,而改变面板的厚度对圆弧夹芯板的受力性能影响较大。通过对比分析发现,圆弧夹芯板比平面夹芯板具有更高的承载力。     

建筑用绝热金属面夹芯板抗弯承载力的试验研究

金属面夹芯板是很常用的建筑保温隔热材料。目前,最新夹芯板国家规范仅包括岩棉和聚氨酯的承载力设计公式,对其他面夹芯板没有涉及。通过对48个不锈钢、铝板、秸秆面夹芯板抗弯试验和27个材料性能试验,得到各种芯材的基本材料性能以及不同夹芯板的抗弯承载力,为统一抗弯承载力公式的推导打下基础。     

HRBF500钢筋混凝土梁受弯疲劳性能理论研究

针对配有细晶粒高强钢筋HRBF500的混凝土梁进行受弯疲劳性能的理论研究。基于疲劳试验结果,分析得到,影响HRBF500钢筋混凝土试验梁受弯疲劳性能及疲劳寿命的主要因素为疲劳荷载作用下纵向受拉钢筋初始最大拉应力和配筋率。分析研究试验梁疲劳试验的数据,提出了在满足疲劳荷载使纵向受拉钢筋初始最大拉应力不大于155MPa的情况下,考虑配筋率和疲劳次数影响的纵向受拉钢筋最大拉应力σmax计算公式,该公式的计算结果与试验结果吻合良好,可用于HRBF500钢筋混凝土梁疲劳寿命预测。同时拟合出了疲劳荷载作用下试验梁跨中挠度较静力荷载作用下的增长量计算公式,该公式的计算结果亦与试验结果吻合良好,由此推导出疲劳荷载作用下HRBF500钢筋混凝土梁跨中挠度计算公式。研究成果可用于HRBF500钢筋混凝土受弯构件的设计及疲劳寿命预测。     

风荷载作用下钢塔架的疲劳寿命预估

结构的风致振动使得结构产生围绕平均应力的脉动应力 ,它能导致结构的疲劳累积损伤 ,可能造成结构在低于设计风荷载的各种水平风荷载往复作用下而失效。由于风荷载是钢塔架等钢结构的主要荷载 ,风荷载作用下上述结构的疲劳寿命预估因而是至关重要的。在作了一些简化假设后 ,得到了钢塔架疲劳寿命。由于塔架结构的顺风向响应为宽带过程 ,在考虑了窄带共振响应和宽带背景响应后 ,用等效窄带法得到了其疲劳寿命的计算公式。最后给出了一个疲劳寿命计算的工程实例。     

既有高耸钢结构风致疲劳寿命时域分析方法及实例

以某港区高杆照明装置为例,探讨了既有高耸钢结构风致疲劳寿命的时域分析方法。该方法首先通过现场实测校正结构动力分析模型,而后采用谐波叠加法模拟脉动风场,计算脉动风动力作用下结构控制细节应力谱,最后基于现场风向风速监测资料统计得到的各风向概率及相应的风速分布,采用热点应力法估算各控制细节年疲劳损伤度及剩余疲劳耐久年数。实例计算结果与现场实际情况吻合较好,可供类似结构的风致疲劳分析参考。     

Response of pierced fixed corrugated steel roofing systems subjected to wind loads

The low-cycle fatigue response of corrugated metal roof cladding to fluctuating wind loads was studied by subjecting cladding specimens to a series of static, cyclic and simulated “real” cyclonic wind loads using a Pressure Loading Actuator (PLA), and measuring fastener response using a x–y–z load cell. The overall performance of cladding including crack initiation, propagation and patterns, and cycles to failure was found to be similar to previous tests that used line-loads to simulate wind pressure. The reaction at a fastener to spatially varying pressures was assessed by analysing the influence coefficients, to show that it is predominantly influenced by local loads acting along the screwed crest. In addition, the response of roofing specimens subjected to fluctuating cyclonic wind pressures replicated failures observed in the field. The fastener response varied with the load level and the response spectrum followed the wind load spectrum up to 5 Hz even with deformation and cracking of the cladding showing that these higher frequency wind “load cycles” were transferred into the supporting structure via the fastener.     

考虑风速风向联合分布的双坡屋面风致疲劳研究

为研究风荷载作用下大跨度低矮建筑金属屋面板的疲劳损伤分布规律,以坡度为1/60的双坡屋面建筑为研究对象,基于1975～2019年间的风速风向数据,研究了双坡屋面板50年重现期的疲劳损伤累积值。采用Gumbel分布描述日极值风速分布,混合Von Mises分布描述风向分布,并用单参数Archimedean Copula函数描述二者的相关性,得到了风速风向的联合分布; 基于双坡屋面的测压风洞试验结果,考虑连续变化风速和离散风向角对疲劳寿命的影响,研究了金属屋面板的疲劳损伤累积值。结果表明:双坡屋面板疲劳损伤与主导风向、屋面位置等因素密切相关,位于主导风向处的迎风屋檐、边角等气流分离位置的疲劳损伤累积值远大于其他区域; 良态风环境下,该双坡屋面金属屋面板50年风致疲劳损伤累积值最大可达0.746,风荷载可引起迎风屋檐、边角位置金属屋面板的疲劳破坏; 对于金属屋面板而言,风致疲劳破坏是引发风揭事故的巨大隐患,应高度重视。     

复合材料梯形波纹夹芯板的挠度分析

考虑剪切变形的影响,研究了复合材料波纹夹芯板均布荷载下的挠度。将复合材料波纹夹芯板等效为等刚度等尺寸的均质板,应用初等梁理论计算了考虑剪切变形的波纹夹层板的挠度。作为一个算例,应用所建立的模型计算了波纹夹芯板悬臂梁结构在均布荷载下的挠度,与有限元模拟得到的结果进行比较,验证本文模型的可行性,并讨论了剪切变形对挠度的影响。     

风-冰联合作用下风电塔高强螺栓疲劳可靠度分析

针对风力机塔筒法兰联结螺栓结构特殊、受力复杂、易于失效等特点,对风-冰联合作用下高强螺栓节点的疲劳可靠度进行了研究。首先通过谐波叠加法生成风速时程,按照概化冰力函数求出作用于风电塔上的冰力时程; 然后应用ANSYS建立风电塔模型,施加生成的风荷载及动冰荷载,得到法兰中心处的应力时程曲线; 基于Schmidt-Neuper理论及有限元方法分别对法兰联结螺栓结构进行计算,得到法兰受载与螺栓应力之间的关系; 通过MATLAB多项式拟合得到外荷载作用下螺栓的应力时程曲线; 最后基于累积损伤理论,计算螺栓在不同荷载工况下的疲劳可靠度,并讨论预紧力、螺栓位置、冰速对其疲劳可靠度的影响。结果表明:考虑冰载后螺栓的疲劳可靠度均有所下降,冰载对螺栓疲劳可靠度的影响不容忽视; 预紧力的大小对风载作用下的螺栓疲劳可靠度影响较大,对冰载作用下的螺栓疲劳可靠度影响不大; 螺栓所在位置对各荷载工况下的螺栓疲劳可靠度均存在较大影响,且对冰载作用下的螺栓疲劳可靠度影响最为明显; 法兰所受外荷载大于使螺栓节点分开所需的荷载时,会增加螺栓的应力幅值,从而降低其疲劳可靠度; 冰载作用下影响螺栓疲劳可靠度的主要因素为冰激作用导致的塔架共振。     

Fatigue performance of lightweight steel-concrete-steel sandwich systems

This paper investigates the static and fatigue strength behavior of a composite sandwich system, which consists of a lightweight concrete core sandwiched in between two steel plates and interconnected by J-hook connectors. For this purpose, fibre-reinforced lightweight concrete, of density less than 1450 kg/m³, and novel J-hook connectors that are capable of resisting tension and shear have been developed. Fatigue tests were carried out to study the fatigue behaviour of sandwich beams by varying the maximum applied load and load range. It is found that maximum applied load and load range affect fatigue performance independently. The maximum applied load has a significant effect on fatigue performance when the difference between it and the load range is large. Test evidence shows that considering only the load range, without taking into account the maximum applied load, may over-predict the fatigue life of the sandwich structural system. Finally, a three-parameter fatigue design equation, taking into account both the load range and maximum applied load, is proposed based on regression analysis of test data.     

大跨度柱面网壳结构风荷载特性风洞试验研究

为研究大跨度柱面网壳结构受特征湍流影响的风荷载特性,在大气边界层风洞中对一大跨度柱面网壳干煤棚结构进行刚性模型同步测压试验,获得了结构表面测点在36个风向角下的测压数据。根据测试结果分析了结构的平均、脉动风压分布特性,脉动风荷载谱以及测点间脉动风荷载的相关性等。结果表明：结构在不同风向角下,特征湍流的影响情况不同,平均风压和脉动风压最大值出现的位置和范围存在较大差别;结构迎风位置测点脉动风荷载无量纲功率谱数值较大,且频谱成分复杂,随着气流向尾流区域发展,无量纲功率谱谱峰宽度及对应的无量纲频率具有增大的趋势,且高频段的衰减速度变缓;测点间脉动风荷载相关性随着频率及测点间空间距离的增加而减小,当频率达到30 Hz时,其相干函数值快速衰减,可以近似认为不相关。     

三维脉动风模拟技术在大跨机库风振分析中的应用

风荷载在大跨度屋盖结构设计中往往起主要作用,这使得该类结构的风荷载及风致动力响应研究日益受到关注与重视。结合大跨度机库屋盖表面脉动风作用特点,依据改进的Iwatani线性回归滤波器法并结合中心采样定理,实现了基于Matlab的超大跨度网架结构三维空间相关脉动风速时程模拟。以Davenport谱为目标谱对首都机场六机位机库网架所有上弦节点位置处的随机脉动风速时程进行了模拟。进而结合风洞试验数据,依据屋盖各节点风压系数将模拟的风速时程加载于机库结构并进行风振响应时域分析,以研究三维脉动风作用下超大跨度机库屋盖结构的响应特点。分析结果表明本文模拟空间随机脉动风的方法可以较好地考虑大跨机库表面的脉动风特点,为结构的风振时域分析提供准确的荷载时程。     

高层建筑等效静态风荷载的确定

风荷载是强风区高层建筑的主要侧向控制荷载,确定脉动风荷载是高层建筑结构设计的需要。借助于高频动态天平试验和风压测量试验,分析讨论了沿建筑物高度分布的平均风力、脉动风力、风致振动惯性力以及建筑结构设计所需要的等效静态风荷载的确定问题,可为高层建筑结构设计中的风荷载确定提供参考。