專利名稱：鋁夾芯板抗彎承載力確定方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種夾芯板抗彎承載力確定方法及應(yīng)用，尤其涉及一種鋁夾芯板抗彎 承載力確定方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鋁絕熱用夾芯板是由上下兩塊強(qiáng)度較大的薄外層表板(承載層，彩鋼板)和輕而 質(zhì)軟的中間層(芯層，新型的秸稈等)通過(guò)粘結(jié)劑粘結(jié)或者澆注而成的。它具有明顯的組合 優(yōu)點(diǎn)，使其成為墻板與屋面板的理想應(yīng)用材料。金屬面層對(duì)芯層具有保護(hù)作用，使其避免受 機(jī)械損傷，防止風(fēng)化，隔離水與蒸汽，；而芯層可以將兩個(gè)面層連接成整體，共同承受荷載， 當(dāng)面層在荷載作用下發(fā)生屈曲時(shí)，芯層還可以支撐面層，增加面層抵抗屈曲的能力，芯層還 具有絕熱、隔音等作用。可分別適用于不同的建筑需要，包括工業(yè)廠房、公共建筑、倉(cāng)庫(kù)、組 合房屋、凈化工程等多個(gè)建筑領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)對(duì)于鋁夾芯板抗彎承載力確定仍然停留在實(shí) 踐和經(jīng)驗(yàn)公式之上，不能得出精確的結(jié)論，由此，導(dǎo)致不能進(jìn)行精確的抗彎承載力確定，大 大制約了鋁夾芯板的使用和推廣。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鋁夾芯板抗彎承載力確定方法及應(yīng)用，克服 現(xiàn)有技術(shù)中不能精確地進(jìn)行抗彎承載力確定的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種鋁夾芯板抗彎承載力確定方法，所述鋁夾芯板的 面板為鋁板，所述鋁夾芯板的芯板為中間層通過(guò)粘結(jié)劑粘結(jié)或者澆注而成，鋁夾芯板抗彎 承載力確定方法包括如下步驟采集鋁夾芯板的相關(guān)參數(shù)采集鋁夾芯板的跨度、鋁夾芯板的寬度、鋁夾芯板芯 板的剛度、鋁夾芯板面板剛度、鋁夾芯板芯材的有效截面面積、鋁夾芯板芯材的有效剪切模 量、鋁夾芯板面材的彈性模量、鋁夾芯板芯材的彈性模量、鋁夾芯板面板厚度、鋁夾芯板芯 板的厚度。確定鋁夾芯板的撓度鋁夾芯板的撓度的確定包括集中荷載下的撓度和均布荷載 下的撓度，由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑用金屬面絕熱夾芯板》(GB/T 23932-2009)得出鋁夾芯板的撓度 計(jì)算公式，鋁夾芯板集中荷載下的撓度采用以下公式獲取 鋁夾芯板均布荷載下的撓度采用以下公式獲取 其中wmax表示夾芯板的總撓度；P表示夾芯板面板的荷載值；
L表示夾芯板的跨度；E1表示面材的彈性模量；I1表示上下金屬面對(duì)夾芯板中和軸的慣性矩；Aeff表示夾芯板的有效截面積；Geff表示夾芯板的有效剪切模量；k表示芯材的剪應(yīng)力不均勻分配系數(shù)，一般取為1. 2 ；β 表示夾芯板的剪力分配系數(shù)，
R1、R2、R3、 R4
取值見(jiàn)表1.表1 系數(shù)R1、R2、R3、 R4取值表 確定所述鋁夾芯板的抗彎承載力確定所述鋁夾芯板的抗彎承載力由荷載與抗 抗彎承載力的關(guān)系確定鋁夾芯板的抗彎承載力。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是所述鋁夾芯板包括墻面板和屋面板。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是所述鋁夾芯板的芯材為巖棉通過(guò)粘結(jié)劑粘結(jié)或者澆 注而成。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是所述鋁夾芯板的芯材為聚氨酯通過(guò)粘結(jié)劑粘結(jié)或者 澆注而成。本發(fā)明的技術(shù)方案是將鋁夾芯板抗彎承載力確定方法應(yīng)用于鋁夾芯板構(gòu)件的承 載力確定。本發(fā)明的技術(shù)效果是提供一種鋁夾芯板抗彎承載力確定方法，通過(guò)確定鋁夾芯 板集中荷載下的撓度和均布荷載下的撓度，然后精確確定鋁夾芯板的抗彎承載力。本發(fā)明 對(duì)鋁夾芯板的抗彎承載力精確地確定，可以更加精確地評(píng)估鋁夾芯板的安全性能，從而推 進(jìn)了鋁夾芯板的應(yīng)用。
圖1為本發(fā)明的流程圖。圖2為本發(fā)明平面鋁夾芯板剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明淺壓型鋁夾芯板剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明深壓型鋁夾芯板剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明夾芯板的力、應(yīng)力及變形一種示意圖。圖6為本發(fā)明夾芯板的力、應(yīng)力及變形另一種示意圖。圖7為本發(fā)明均布荷載下的平面夾芯板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為本發(fā)明壓型鋁夾芯板的力及變形示意圖。圖9為本發(fā)明壓型鋁夾芯板分成夾層部分和翼緣結(jié)構(gòu)示意圖。圖10為本發(fā)明夾芯板在集中荷載下的受力示意圖。圖11為本發(fā)明巖棉墻面板剪力分配系數(shù)隨板厚的變化曲線圖。圖12為本發(fā)明巖棉墻面板剪力分配系數(shù)隨面板厚度的變化曲線圖。圖13為本發(fā)明鋁面聚氨酯墻面夾芯板剪力分配系數(shù)隨板厚的變化曲線圖。圖14為本發(fā)明鋁面聚氨酯墻面夾芯板剪力分配系數(shù)隨面板厚度的關(guān)系曲線圖。圖15為本發(fā)明鋁面聚氨酯墻面夾芯板剪力分配系數(shù)隨板厚的變化曲線圖。圖16為本發(fā)明鋁面聚氨酯墻面夾芯板剪力分配系數(shù)隨面板厚度的變化曲線圖。圖17為本發(fā)明鋁面聚氨酯屋面夾芯板剪力分配系數(shù)隨板厚的變化曲線圖。圖18為本發(fā)明鋁面聚氨酯屋面夾芯板剪力分配系數(shù)隨面板厚度的變化曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明的具體實(shí)施方式
是提供一種鋁夾芯板抗彎承載力確定方法， 所述鋁夾芯板的面板為鋁板，所述鋁夾芯板的芯板為中間層通過(guò)粘結(jié)劑粘結(jié)或者澆注而 成。本發(fā)明中，具體鋁夾芯板所述鋁夾芯板包括墻面板和屋面板。鋁夾芯板抗彎承載力確定方法包括如下步驟步驟100 采集鋁夾芯板的相關(guān)參數(shù)采集鋁夾芯板的跨度、鋁夾芯板的寬度、鋁 夾芯板芯板的剛度、鋁夾芯板面板剛度、鋁夾芯板芯材的有效截面面積、鋁夾芯板芯材的有 效剪切模量、鋁夾芯板面材的彈性模量、鋁夾芯板芯材的彈性模量、鋁夾芯板面板厚度、鋁 夾芯板芯板的厚度。步驟200 確定鋁夾芯板的撓度鋁夾芯板的撓度的確定包括集中荷載下的撓度 和均布荷載下的撓度，鋁夾芯板集中荷載下的撓度采用以下公式獲取
鋁夾芯板均布荷載下的撓度采用以下公式獲取 其中各標(biāo)號(hào)與上述一樣。對(duì)于剪力分配系數(shù)的確認(rèn)，本發(fā)明通過(guò)建立模型進(jìn)行進(jìn)一步分析得出。具體過(guò)程 如下一、對(duì)夾芯板剛度的近似處理。芯材與面板牢固粘結(jié)在一起，協(xié)同變形，并且若夾芯板的抗彎剛度為K，則如果將 夾芯板看作是復(fù)合梁的話，由于夾芯板由上下面板和芯材組成，根據(jù)材料力學(xué)剛度的計(jì)算 公式，則其對(duì)中心軸0-0抗彎剛度為 第一項(xiàng)為面板本身的剛度；第二項(xiàng)為面板相對(duì)于0-0的剛度；第三項(xiàng)為芯材本身 的剛度。在實(shí)際應(yīng)用中，公式(3)中的第二項(xiàng)起主要作用。第一，第三項(xiàng)的值一般比較小， 可以忽略?shī)A芯板本身剛度對(duì)整體剛度的貢獻(xiàn)。第三項(xiàng)與第二項(xiàng)的比值，對(duì)于普通軟質(zhì)芯材， 比如聚氨酯、EPS(聚苯乙烯)、巖棉、玻璃絲棉等其比值均小于1%，即可以忽略芯材本身剛 度的影響。由于鋁夾芯板的芯材厚度不一，鋁夾芯板包括淺壓型鋁夾芯板、平面鋁夾芯板和 深壓型鋁夾芯板，一般屋面板為了防水一般采用深壓型的夾芯板，而墻面板一般采用的是 平面夾芯板或者淺壓型夾芯板。對(duì)于淺壓型、深壓型、平面鋁夾芯板，其剛度可以表示為Kc = ExI, =E, χ(4)二、對(duì)鋁夾芯板有效截面面積和有效剪切模量的近似處理。(一)平面鋁夾芯板。如圖2所示，平面鋁夾芯板有效芯材厚度和芯材厚度近似相等，即有如下關(guān)系 (二)淺壓型鋁夾芯板。如圖3所示，淺壓型鋁夾芯板有效芯材厚度和芯材厚度近似相等，即有如下關(guān)系Dc ^ Deff Geff =⑶eff/Dc ^ G Aeff = bDeff ^ Ac(6)(三)深壓型鋁夾芯板。如圖4所示，深壓型鋁夾芯板的有效芯材厚度和有效剪切模量等同芯材厚度，芯 材剪切模量關(guān)系如下Deff = Dc+d Geff = Gc (Dc+d) /Dc Aeff = Ac (Dc+d) /Dc (7)對(duì)于普通的屋面壓型夾芯板，d可以取為8. 0mm。三、材料力學(xué)中關(guān)于力和變形之間的關(guān)系在材料力學(xué)中，荷載和變形的關(guān)系可以表示如下。各種力和變形之間的關(guān)系表 四、平面鋁夾芯板的撓度計(jì)算。將鋁夾芯板的變形從兩個(gè)部分分別考慮，一是夾芯板的彎曲變形；另外一個(gè)就是 夾芯板的剪切變形。并將兩部分的變形相加可以得到夾芯板的總變形。對(duì)于平面鋁夾芯板， 可以忽略由面板本身的抗彎剛度所帶來(lái)的剪力分配的因素，即可以假定剪力完全由芯材承 擔(dān)。對(duì)于軟質(zhì)芯材，可以假定彎矩完全由面板承擔(dān)；由上表可知，力和變形存在著如下的關(guān)系，其示意圖如圖5、圖6 :
(8)
(9)圖5、圖6中，Y1為總的應(yīng)變，Y2為由彎曲引起的應(yīng)變，、為剪切應(yīng)變。由圖5、 圖6可以看出剪應(yīng)力幾乎全部由芯材承擔(dān)，即剪力由芯材承擔(dān)；而彎矩由面板的正應(yīng)力提{共。由彎矩，剪力和均布力之間的微分關(guān)系由材料力學(xué)可以得到如下等式 將等式(8)和等式(9)帶入等式(10)和(11)可得如下關(guān)系式
(12)
(13)提取出關(guān)于Y和w的項(xiàng)可以得到
—P"(14)
tut .
W =---ρ
K AcffGeffr" = - P(15)在實(shí)際情況下，通常彎矩和剪力是比較容易取得的。所以可以對(duì)等式(14)和等式 (15)進(jìn)行積分。得到如下的關(guān)系式
M V'
W =
K AeffGeff
V r =
AffGeff
(16) (17) 對(duì)于均布荷載的夾芯板如圖7c
其中η =x/L，因此可以得到 ν = ψ(1-2η)
(18) (19)
由等式(16)可以得到
(20)
將等式(20)進(jìn)行兩次積分，m和η為常數(shù)項(xiàng)，可以得到
“M pL2 . 2、
W1
f 1 4
1 ry η
---+ γη^η + n
V 6 12y
(21)
2K
邊界條件為當(dāng)η =0或者1的時(shí)候，巧=0;因此可以算得111 = -1/12，11 = (^
因此可以得到 W1 = Pj^-U — 2"2 +1) 二^(1 — ")(1 + “-)(22)
ι 2ΑΚΚ‘ 24Κ·“
80108]由剪切引起的變形為
0110] 對(duì)其進(jìn)行兩次積分得
0112] 界限條件為當(dāng)η = 0和1時(shí)，W2 = 0?？傻胢 = _0. 5，n = 0，因此其值為
0114]所以?shī)A芯板的總變形為
0115]
可知當(dāng)η = 0. 5的時(shí)候，w可以取得最大值
0118]由等式(6)可以將上式化為
0119]
0120]原抗彎承載力公式需要改為
其中=E1——金屬面板的彈性模量；單位MPa ；
I1——上下鋼板相對(duì)于中性軸的慣性矩；單位MPa ； 上下鋼板對(duì)夾芯板中和軸的慣性矩I1近似計(jì)算公式
0125]
0126]其中，Au*上鋼板的界截面面積；Ad為下鋼板的截面面積；D。為夾芯板厚；d為屋 面板上鋼板形心軸到底面的距離，常見(jiàn)屋面板取為8. 0575mm。
0127]芯材本身的慣性矩I2近似計(jì)算公式
0128]
0129]其中，b為夾芯板寬度；D為夾芯板厚度；d為屋面板上鋼板形心軸到底面的距離， 常見(jiàn)屋面板取為8. 0575mm。
0130]五、壓型鋁夾芯板的撓度計(jì)算。
0131](一)壓型鋁夾芯板在均布荷載下的撓度計(jì)算。
0132]當(dāng)夾芯板所用的面板為壓型鋼板的時(shí)候，需要考慮面板本身的抗彎剛度。圖8給 出了在這種情況下的力和變形的情況。與圖5不同的是它考慮了面板本身所承擔(dān)的彎矩Mfi 和Mf2，還有面板本身所承受的剪力Vfi和VF2。
9
由等式(8)和等式(9)所得到的力和變形的關(guān)系沒(méi)有改變。而且還有了如下的關(guān) 系
0134]
0136]其中，Kfi為上面板的剛度，Ifi為上面板本身慣性矩；Kf2為下面板的剛度，If2為下 面板的慣性矩。由于上下鋼板力與變形的比值是相同的，所以可以有如下關(guān)系式
0137]Md = Mfi+Mf2 M = MD+MC (34)
0138]Vd = VF1+VF2 V = VD+VC (35)
0139]Kd = KF1+KF2 K = KD+KC (36)
0140]上面的等式，將夾芯板分成了夾層部分和翼緣的部分，如圖9所示。這種假設(shè)在實(shí) 際的應(yīng)用中是比較實(shí)用的。
0141]從等式(8)、等式(9)、等式(32)和等式(33)，結(jié)合等式(34)、等式(35)和等式 3-36)可以得到以下兩個(gè)微分方程
0142]
0143]
0144]
0145]
將V' =_p帶入，并且消去Y可以得到一個(gè)關(guān)于w的四階微分方程 0146] 其中L是夾芯板的跨度；α，δ和λ 2的取值分別如下
0148] 類似的，在等式(37)和等式(38)中消去w可得 D2 SA2V
0147]
0150]當(dāng)夾芯板的彎矩和剪力已知的時(shí)候，等式(39)和(41)的解為
0151] (42)
0153]其中％和Yp是與荷載有關(guān)的積分特解。因?yàn)榻獗仨殱M足等式(8)，可以得到如 下的關(guān)系式
0155]因此等式(42)和(43)的積分常數(shù)項(xiàng)系數(shù)變?yōu)榱怂膫€(gè)，并且這些積分常數(shù)項(xiàng)系數(shù) 可以由邊界條件得到，對(duì)于簡(jiǎn)支夾芯板，邊界條件為
0156]
0157]對(duì)于均布荷載，由公式(18)、公式(19)可得如下關(guān)系
0158]
0159]將等式(46)帶入式子(39)可以得到，得到公式⑶中的特解為[O160] 將等式(46)帶入等式(41)中可以得到，公式(43)中的特解為[OT62] 將邊界條件(45)帶入等式(42)和等式(43)可以得到
可以解得如下關(guān)系式
因此最終的解為 跨中撓度可以取到最大值，將刻二0．5帶入等式(48)可以得到 可以看出，上式計(jì)算很繁瑣，實(shí)際工程中應(yīng)用性并不強(qiáng)。因此下面基于相同的理論對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)化。
由圖9可以看出，可以將壓型夾芯板分為兩部分，一部分是壓型鋼板本身的剛度所承擔(dān)的剪力和彎矩。另外一部分，是夾層部分，即由芯材所承擔(dān)的剪力以及由面板的軸力及芯材本身所承擔(dān)的彎矩。假設(shè)兩個(gè)部分是獨(dú)立的，但是在接觸點(diǎn)又是協(xié)同變形的。在這里引入了兩個(gè)系數(shù)，即夾層部分的彎矩分配系數(shù)s，和夾層的剪力分配系數(shù)(近似等于芯材的剪力分配系數(shù))p。因此由等式(8)和等式(9)可以得到如下關(guān)系
Mc—Kc(Y’一W”) (53)
MD一一KDW’’(54)
V。一一K。W’’’(55)
Vc—AeffG。ff Y(56)
由等式(34)和(35)可以得到如下等式
由等式(53)一(54)可以得到如下等式并可以得到如下關(guān)系 由等式(10)及等式(11)可得 提出關(guān)于W和Y的項(xiàng)可以得到如下關(guān)系 由彎曲和剪力引起的撓度分別如下 對(duì)于均布荷載，可以得到其力矩與剪力分別如下[O193] 將等式(66)帶入等式(65)，并進(jìn)行兩次積分可以得到如下等式 對(duì)于簡(jiǎn)支夾芯板，當(dāng)刻一0或者l的時(shí)候，W、一0，W，一0；得到如下等式所以總的變形計(jì)算公式如下 因此當(dāng)刻一0．5的時(shí)候，跨中撓度可以取到最大值 對(duì)于芯材的剪力分配系數(shù)p可以用有限元的方法確定，并引入了剪應(yīng)力不均勻分配系數(shù)k，及公式(72)中β取為ki3，其中β的具體計(jì)算方法為(73)其中，F(xiàn)為支座附近夾芯材料截面的平均剪應(yīng)力，A為夾芯材料截面的面積，Q為該 處的總的剪力值而由實(shí)際情況中夾芯板的剪應(yīng)力沿著板厚的分布并不是均勻分布的，可以 取一剪應(yīng)力不均勻分配系數(shù)k，對(duì)于矩形截面可以近似取為1. 2。對(duì)于夾芯部分的彎矩分配系數(shù)可以做如下變換 因此公式(72)可以轉(zhuǎn)化為下面等式 對(duì)于淺壓型夾芯板由等式(6)可得 Kc為夾芯板的夾層部分的抗彎剛度t對(duì)于深壓型鋼板由等式(7)可得
5pL4 Κβρ 其中K。為夾層部分的抗彎剛度。( 二)壓型鋁夾芯板在集中荷載下的撓度計(jì)算。在集中荷載的作用下其受力的形式如圖10，推導(dǎo)采用與上述類似的簡(jiǎn)化的方法， 對(duì)于集中荷載我們可以算的其任意截面的剪力和彎矩值如下 其中{η-ε}當(dāng)η-ε > 0的時(shí)候取為1，反之取為零。因此由等式(63)和等式(64)可以得到如下的關(guān)系式對(duì)于彎曲部分的變形有如下的關(guān)系式 帶入等式(82)可以得至 SPL3
其邊界條件為當(dāng)η =0和η = 1的時(shí)候W1 = O,因此可以得到η = 0，并且 I-S 可以得到，研究點(diǎn)在荷載左端的時(shí)候
對(duì)(83)進(jìn)行整理，可以得到荷載右端參考點(diǎn)的變形為 同樣的可以得到剪切變形如下 PVL2 _ PL 由邊界條件η = 0或者1時(shí)，W2 = 0可以得到m = n = 0因此剪切變形可以化 為
PL 對(duì)于荷載右端的參考點(diǎn)其值為 βΡΙ 對(duì)于荷載左端的參考點(diǎn)其值為 βΡΙ 將荷載兩端的剪切變形和彎曲變形分別相加可以得到在荷載左端和右端的變形的表達(dá)式 其中 對(duì)于荷載在跨中位置的情況?？梢运愕么藭r(shí)彎矩的最大值最大值出現(xiàn)在跨中位
置，因此可以由公式(90)或者(91)結(jié)合等式(92)進(jìn)行計(jì)算
「02481 由等式(74)可以得到^( (94)并且等式(94)是偏于保守的同均布荷載情況，引入一個(gè)剪力不均勻分配系數(shù)k，將剪力分配系數(shù)β變?yōu)閗i3
則公式(93)可以簡(jiǎn)化為如下的形式
「02521 六、鋁夾芯板作為墻面板的剪力分配系數(shù)。(一 )建立鋁面墻面板模型假設(shè)抗彎試驗(yàn)中，夾芯板面板與芯材處于線彈性階段。面板與芯材并無(wú)滑移，完全 保證共同工作，采用的是面板與芯材TIE約束到一起。支座用與面板相同的材質(zhì)建立，以保 持與板的一致性，其寬度為50mm，兩個(gè)鋼片間的距離為1950mm。面板采用的是三維殼單元， 采用S4R(4節(jié)點(diǎn)減縮積分)模型，芯材為三維實(shí)體單元，采用C3D8R(8節(jié)點(diǎn)減縮積分)模型。 分析步采用的是staticgeneral，在夾芯板的上鋼板施加均布荷載，支座約束為簡(jiǎn)支。( 二)鋁夾芯板作為墻面板的剪力分配系數(shù)確定。巖棉材料性能參數(shù)由材料性能性試驗(yàn)得到，具體設(shè)置如下對(duì)于薄板采用各向同性，主要考慮的是軸向受拉，故其參數(shù)采用順紋向拉伸彈性 模量E = 8. 326MPa, ν = 0. 13對(duì)于厚板采用的是各向異性，主要考慮的是軸向順紋受拉，寬度方向逆紋受壓，橫 向?yàn)轫樇y受壓，具體的參數(shù)由材料性能實(shí)驗(yàn)得到，具體參數(shù)設(shè)定為=E1 = 8. 326MPa, E2 = 0. 238MPa, E3 = 3. 29MPa, V1 = v2 = v3 = 0. 13，G1 = 0. 35MPa, G2 = 1. 56MPa, G3 = 0. 35MPa聚氨酯材料性能也由材料性能試驗(yàn)得到，采用各向同性模型，具體設(shè)置為E = 6. 7 IMPa, v = 0. 252。對(duì)于各向異性材料1方向?yàn)檠匕彘L(zhǎng)的方向；2方向?yàn)檠匕鍖挾鹊姆较颍?方向?yàn)檠?板厚度的方向。巖棉沿板長(zhǎng)為順紋放置，沿板厚為順紋放置，沿板寬為逆紋放置。由于夾芯板的變形很大，往往設(shè)計(jì)中采用f = L/200作為極限設(shè)計(jì)指標(biāo)，即使用狀 態(tài)限制，分析中為了得到剪力分配系數(shù)值與板厚和面板厚度的關(guān)系，模型共采用了 50、60、 70、80、90、IOOmm六種板厚，和0. 4、0. 5、0. 6、0. 7mm四種面板厚度進(jìn)行分析，共建立了 48個(gè) 有限元模型。模擬結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果如表2所示。表2 巖棉墻面夾芯板模擬結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比 由表2可以看出，模擬結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果擬合的比較好，誤差控制在了 10 %以 內(nèi)，理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差在12.5%，且偏于保守，可以接受。剪力分配系數(shù)與板厚 的關(guān)系曲線如圖11所示，剪力分配系數(shù)與面板厚度的關(guān)系曲線如圖12所示?？梢?jiàn)，巖棉剪力分配系數(shù)隨著板厚的變化可以近似取為二次函數(shù)，隨著面板厚度 的變化可以近似取為一次線性關(guān)系。其曲線擬合結(jié)果如下
鋁面聚氨酯墻面夾芯板的模擬結(jié)果如表3所示。表3 聚氨酯墻面夾芯板模擬結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比 可見(jiàn)，其理論計(jì)算值與試驗(yàn)值相差不大，誤差為1. 9%和6. 5%，且都偏于保守，比 較理想。剪力分配系數(shù)隨著板厚的變化曲線如圖13所示，剪力分配系數(shù)隨著面板厚度的變 化曲線如圖14所示?？梢?jiàn)其剪力分配系數(shù)隨板厚二次變化，隨著面板厚度一次線性變化。鋁面_聚氨 酯墻面板的剪力分配系數(shù)曲線擬合結(jié)果如下 二、鋁夾芯板作為屋面板的剪力分配系數(shù)。(一 )建立鋁面屋面板模型。假設(shè)抗彎試驗(yàn)中，夾芯板面板與芯材處于線彈性階段。面板與芯材并無(wú)滑移，完全 保證共同工作，采用的是面板與芯材TIE約束到一起。支座用與面板相同的材質(zhì)建立，以保 持與板的一致性，其寬度為50mm，兩個(gè)鋼片間的距離為1950mm。面板采用的是三維殼單元， 采用S4R(4節(jié)點(diǎn)減縮積分)模型，芯材為三維實(shí)體單元，采用C3D8R(8節(jié)點(diǎn)減縮積分)模型。 分析步采用的是staticgeneral，在夾芯板的上鋼板施加均布荷載，支座約束為簡(jiǎn)支。具體 的芯材材料性能設(shè)定同鋁面墻面板。( 二)鋁夾芯板作為屋面板的剪力分配系數(shù)確定。模型共采用了50、60、70、80、90、IOOmm 六種板厚，和 0. 4,0. 5,0. 6,0. 7mm 四種面板
厚度進(jìn)行分析，共建立了 48個(gè)有限元模型。模擬結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果表4所示。表4 鋁面巖棉屋面夾芯板模擬結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比 由以上可見(jiàn)，鋁面巖棉屋面夾芯板理論計(jì)算值與模擬值擬合比較好，誤差控制在 了 10 %以內(nèi)。而且理論計(jì)算值與試驗(yàn)值相差不大，誤差為14. 1 %和3. 49 %，且都偏于保守。 比較理想。鋁面巖棉屋面夾芯板剪力分配系數(shù)隨著板厚的變化曲線如圖15，鋁面巖棉屋面 夾芯板剪力分配系數(shù)隨著面板厚度的變化曲線如圖16。由圖15、圖16可見(jiàn)，巖棉剪力分配 系數(shù)隨著板厚的變化可以近似取為二次函數(shù)，隨著面板厚度的變化可以近似取為一次線性 關(guān)系。其曲線擬合結(jié)果如下 聚氨酯屋面板的模擬結(jié)果如表5所示。表5 巖棉屋面夾芯板模擬結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比 由以上可見(jiàn)，巖棉屋面板理論計(jì)算值與模擬值擬合比較好誤差控制在了 10%以 內(nèi)，而且理論計(jì)算值與試驗(yàn)值相差不大，誤差為14. 7%和15.6%，且都偏于保守。比較理 想。鋁面聚氨酯屋面夾芯板剪力分配系數(shù)隨著板厚的變化曲線如圖17所示，鋁面聚氨酯屋 面夾芯板剪力分配系數(shù)隨著面板厚度的變化曲線如圖18所示。由圖17、圖18可見(jiàn)，巖棉剪 力分配系數(shù)隨著板厚的變化可以近似取為二次函數(shù)，隨著面板厚度的變化可以近似取為一 次線性關(guān)系。其曲線擬合結(jié)果如下 / 綜上所述φ = R,
取值見(jiàn)表 1·
表1 系數(shù)R^HR4取值表
步驟300 確定所述鋁夾芯板的抗彎承載力由荷載與抗抗彎承載力的關(guān)系確定 鋁夾芯板的抗彎承載力。由于夾芯板的撓度與允許撓度值有如下關(guān)系wmax彡[f][f]參見(jiàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑用金屬面絕熱夾芯板》(GB/T 23932-2009)中撓度的限值。則 集中荷載確定 局部荷載的確定 對(duì)于淺壓型和平面型夾芯板(墻面板)Aeff ^ Ac ；Geff ^ G其中kc為芯材的截面面積；G為芯材的剪切模量。對(duì)于深壓型夾芯板(屋面板)Geff = Gc (Dc+d) /Dc ；Aeff = Ac (Dc+d) /Dc其中Dc為夾芯板芯板厚度；d取為8. 0mm。從而確定鋁夾芯板的抗彎承載力。本發(fā)明鋁夾芯板抗彎承載力確定方法，通過(guò)確定鋁夾芯板集中荷載下的撓度和均 布荷載下的撓度，然后精確確定鋁夾芯板的抗彎承載力。本發(fā)明對(duì)鋁夾芯板的抗彎承載力 精確地確定，可以更加精確地評(píng)估鋁夾芯板的安全性能，從而推進(jìn)了鋁夾芯板的應(yīng)用。本發(fā)明的具體實(shí)施方式
是將鋁夾芯板抗彎承載力確定方法應(yīng)用于鋁夾芯板構(gòu)件 的承載力確定。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種鋁夾芯板抗彎承載力確定方法，其特征在于，所述鋁夾芯板的面板為鋁板，所述鋁夾芯板的芯板為中間層通過(guò)粘結(jié)劑粘結(jié)或者澆注而成，鋁夾芯板抗彎承載力確定方法包括如下步驟采集鋁夾芯板的相關(guān)參數(shù)采集鋁夾芯板的跨度、鋁夾芯板的寬度、鋁夾芯板芯板的剛度、鋁夾芯板面板剛度、鋁夾芯板芯材的有效截面面積、鋁夾芯板芯材的有效剪切模量、鋁夾芯板面材的彈性模量、鋁夾芯板芯材的彈性模量、鋁夾芯板面板厚度、鋁夾芯板芯板的厚度。確定鋁夾芯板的撓度鋁夾芯板的撓度的確定包括集中荷載下的撓度和均布荷載下的撓度，鋁夾芯板集中荷載下的撓度采用以下公式獲取 <mrow><msub> <mi>w</mi> <mi>max</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <msup><mi>PL</mi><mn>3</mn> </msup> <mrow><mn>48</mn><msub> <mi>E</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>I</mi> <mn>1</mn></msub> </mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac> <mi>kβPL</mi> <mrow><mn>4</mn><msub> <mi>A</mi> <mi>eff</mi></msub><msub> <mi>G</mi> <mi>eff</mi></msub> </mrow></mfrac> </mrow>鋁夾芯板均布荷載下的撓度采用以下公式獲取 <mrow><msub> <mi>w</mi> <mi>max</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>5</mn><mi>p</mi><msup> <mi>L</mi> <mn>4</mn></msup> </mrow> <mrow><mn>384</mn><msub> <mi>E</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>I</mi> <mn>1</mn></msub> </mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac> <mrow><mi>kβp</mi><msup> <mi>L</mi> <mn>2</mn></msup> </mrow> <mrow><mn>8</mn><msub> <mi>A</mi> <mi>eff</mi></msub><msub> <mi>G</mi> <mi>eff</mi></msub> </mrow></mfrac> </mrow>其中wmax表示夾芯板的總撓度；P表示夾芯板面板的荷載值；L表示夾芯板的跨度；E1表示面材的彈性模量；I1表示上下金屬面對(duì)夾芯板中和軸的慣性矩；Aeff表示夾芯板的有效截面積；Geff表示夾芯板的有效剪切模量；k表示芯材的剪應(yīng)力不均勻分配系數(shù)；β表示夾芯板的剪力分配系數(shù)，R1、R2、R3、R4取值見(jiàn)表1.表1系數(shù)R1、R2、R3、R4取值表確定所述鋁夾芯板的抗彎承載力確定所述鋁夾芯板的抗彎承載力由荷載與抗抗彎承載力的關(guān)系確定鋁夾芯板的抗彎承載力。FSA00000189197200013.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁夾芯板抗彎承載力確定方法，其特征在于，所述鋁夾芯板 包括墻面板和屋面板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁夾芯板抗彎承載力確定方法，其特征在于，所述鋁夾芯板的芯材為巖棉通過(guò)粘結(jié)劑粘結(jié)或者澆注而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁夾芯板抗彎承載力確定方法，其特征在于，所述鋁夾芯 板的芯材為聚氨酯通過(guò)粘結(jié)劑粘結(jié)或者澆注而成。
5.一種應(yīng)用鋁夾芯板抗彎承載力確定方法的鋁夾芯板，其特征在于，將鋁夾芯板抗彎 承載力確定方法應(yīng)用于鋁夾芯板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋁夾芯板抗彎承載力確定方法，所述鋁夾芯板的面板為鋁板，所述鋁夾芯板的芯板為中間層通過(guò)粘結(jié)劑粘結(jié)或者澆注而成，鋁夾芯板抗彎承載力確定方法包括如下步驟采集鋁夾芯板的相關(guān)參數(shù)，確定鋁夾芯板的撓度，確定所述鋁夾芯板的抗彎承載力。本發(fā)明鋁夾芯板抗彎承載力確定方法，通過(guò)確定鋁夾芯板集中荷載下的撓度和均布荷載下的撓度，然后精確確定鋁夾芯板的抗彎承載力。本發(fā)明對(duì)鋁夾芯板的抗彎承載力精確地確定，可以更加精確地評(píng)估鋁夾芯板的安全性能，從而推進(jìn)了鋁夾芯板的應(yīng)用。
文檔編號(hào)E04C2/292GK101907544SQ20101021544
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者劉軼翔, 宋新武, 查曉雄 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院