不锈钢芯板结构芯管剪切性能试验研究与有限元分析

发布时间：2020-05-16 12:29

【摘要】：不锈钢芯板结构是一种新型的建筑结构体系,类似于蜂窝板结构,不锈钢芯板由两块不锈钢面板中间密布不锈钢薄壁芯管组成,采用铜钎焊将芯管和面板焊接成一个牢固的整体。不锈钢芯板结构将蜂窝板这一性能优越的新型结构与不锈钢这一具有良好发展前景的材料有机结合,通过对不锈钢芯板标准件的拼接与组合可以制作成建筑结构中的梁、板、柱、墙等构件,进而用于建筑结构的安装与施工,充分体现了标准化、工业化、多样化和通用化的原则,符合我国大力发展装配式建筑和推行住宅产业化的发展战略,具有广阔的发展前景和应用价值。目前对于不锈钢芯板结构的研究还处于起步阶段,有大量的工作需要进行,特别是对不锈钢芯板结构基本力学性能的研究。不锈钢芯板结构的受力机理与蜂窝板结构十分相似,在蜂窝板中,剪力主要由两块面板之间的芯子承受,而不锈钢芯板结构中的芯管就相当于蜂窝板中的芯子,因此对不锈钢芯板结构芯管的剪切性能进行研究是很有必要的。本文以不锈钢芯板结构芯管为研究对象,通过试验研究和有限元分析对其剪切性能进行了研究,具体工作如下:(1)概述了蜂窝板和不锈钢材料的研究与应用情况,并对蜂窝板的相关理论基础进行了简要介绍。(2)对多组不锈钢芯板结构芯管试件进行了剪切试验研究,得到了各组试件在剪切作用下的荷载-位移曲线,确定了各组试件的拐点荷载值、极值点荷载值和荷载-位移曲线直线段斜率,并计算了群管试件的芯管剪切强度和剪切弹性模量,通过观察试验现象发现不锈钢芯板结构芯管的破坏发生在芯管端部受压区。(3)利用ABAQUS有限元软件建立了多组有限元分析模型,将有限元分析结果与试验结果进行对比,验证了有限元分析模型的准确性,并在此基础上分析了不锈钢芯板结构芯管在剪切作用下的受力过程和破坏机理。(4)通过有限元参数分析,研究了芯管的外径、壁厚、高度和径厚比等因素对不锈钢芯板结构芯管剪切性能的影响,确定了不锈钢芯板结构芯管抗剪承载力的计算公式。
【图文】：

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?图b）不锈钢芯板标准件内部构造图图 1.1 不锈钢芯板标准件示意图图 1.2 不锈钢芯板标准件实物图1.2 蜂窝板的研究与应用1.2.1 蜂窝板的结构和特点蜂窝板，也称蜂窝夹芯板、蜂窝夹层结构，它由两层厚度小、强度高的面板材料和一层厚而轻的蜂窝芯子组合而成，蜂窝芯子夹在两块面板之间[ 6]。蜂窝板

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硕士学位论文的设计原理与工字梁类似，，蜂窝板的面板与工字梁的翼缘板作用相当，主要承受弯矩作用，而蜂窝夹芯相当于腹板，起到连接支撑面板，承受并传递剪力的作用。蜂窝板的结构及其受力情况如图 1.3 所示。工程上用作蜂窝板面板的材料有铝、不锈钢、玻璃钢、碳纤维复合材料、复合材料层合板等，用作蜂窝芯子的材料除了铝、不锈钢等之外，还有诸如玻璃钢蜂窝芯、Nomex 蜂窝芯等用复合材料制作而成的蜂窝芯子。蜂窝芯子的形状除了最为常见的六边形以外，还有三角形、四边形、米字形、圆形、Kagome 形等[7]，如图 1.4 所示。通常是先分别制作出面板和芯子，然后采用胶粘或钎焊等方法将二者连接成整体，或是直接采用注塑和模压的方法来获得夹层结构。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU317

【参考文献】