冷弯薄壁型钢组合楼盖面外和面内刚度试验研究及理论分析

冷弯薄壁型钢组合楼盖作为冷弯薄壁型钢结构住宅体系中主要竖向承重和水平传力构件，应具备良好的面外和面内受力性能以推动轻钢结构体系由低层向多高层发展。基于此，对冷弯薄壁型钢组合楼盖分别进行正常使用阶段抗弯刚度试验、抗弯承载力试验以及面内刚度试验，试验结果表明：组合楼盖面外最终破坏模式为C形楼盖梁在最外侧加载点处压屈破坏，面内最终破坏模式为两侧C形楼盖梁与压型钢板间自攻螺钉连接破坏，冷弯薄壁型钢组合楼盖属于部分抗剪连接的组合楼盖。设置楼面板会大幅提高组合楼盖的面内承载力、面内刚度及面内延性，混凝土组合楼盖的抗弯刚度和刚度退化程度优于石膏基自流平砂浆组合楼盖。基于组合楼盖的受力机理和破坏特征，引入C形楼盖梁与组合楼板界面滑移模量，推导了部分抗剪连接T形截面组合梁的等效抗弯刚度公式来计算楼盖的竖向挠度；建立宽翼缘深梁受力分析模型，推导出组合楼盖面内跨中位移计算方法。该文研究成果为完善冷弯薄壁型钢多层住宅体系中组合楼盖的设计计算理论提供了科学依据。     

复合材料夹层板单向受弯应力分析

基于非线性软质芯材位移模式的高阶剪切变形Zigzag夹层板理论,运用有限元方法分析了木质芯材-玻璃纤维增强聚合物（Glass Fiber Reinforced Polymer,下文缩写为GFRP）面板增强层、木芯材-GFRP竹混合增强层、以及泡沫芯材-GFRP面板增强层三种由真空导入工艺制作的复合材料夹层板;以米塞斯应力屈服准则为依据计算了特征点极限荷载,提出层间应力差作为树脂层的计算依据;考虑到根据本构模型直接由有限元法求得的位移获得的横向剪应力精度较低,采用基于应力平衡方程的最小二乘法计算了夹层板横向剪应力。对比实验和等效截面法的分析结果表明,基于非线性软质芯材位移模式的高阶剪切变形zigzag理论有限元分析法对于硬质和软质芯材复合材料夹层板都是十分有效的、实用的分析方法,适合于精细化分析和设计;等效截面法对于硬质芯材复合材料夹层板具有一定准确性,适合于初步分析和设计。     

双向纤维腹板增强夹层结构的弯曲性能

设计并制备了双向纤维腹板增强复合材料夹层梁,对其受弯性能进行了四点弯曲试验研究,开展单、双向格构夹层梁性能对比分析,研究不同腹板高度、厚度对夹层梁受弯性能的影响,基于经典夹层梁理论及简支梁受弯基本理论,研究夹层梁破坏模式和机理。试验结果表明:双向格构腹板增强形式能有效提高该夹层结构的极限变形能力与受弯极限承载力,且随着试件厚度加大提高作用更明显;保持夹层梁基本参数不变,增加试件高度有利于提高刚度,增强夹层梁极限承载力;单一增加腹板厚度有益于提高该夹层梁的极限变形能力,但不能明显提高其极限承载力。理论分析表明:采用铁木辛柯梁理论求得的挠度理论值与实验值吻合较好。     

齿板-玻璃纤维混合夹层结构弯曲性能试验

提出了一种齿板-玻璃纤维混合面板和泡沫芯材组成的新型混合夹层结构,齿板通过齿钉与泡沫芯材相连。该结构采用真空导入成型工艺制备,通过三点弯曲试验研究该结构在不同跨度以及不同芯材密度情况下的破坏模式和弯曲性能,并与普通泡沫夹层结构进行对比分析,同时探究了齿板对该结构界面性能的影响。结果表明:在泡沫芯材密度为35kg/m~3、80kg/m~3和150kg/m~3情况下,齿板-玻璃纤维混合泡沫夹层梁弯曲承载能力与普通泡沫夹层梁相比分别提高了168%、211%和258%,其界面剪切强度依次为0.09 MPa、0.21 MPa和0.45 MPa;随着芯材密度和跨度的变化,该结构主要产生芯材剪切和芯材凹陷两种破坏形态,齿板的嵌入有效抑制界面的剪切失效。另外,利用理论公式估算了试件受弯极限承载能力,理论值与实测值吻合较好。     

Balsa芯材夹层梁的失效分析

通过三点弯曲试验,分析了Balsa木芯材夹层梁的破坏模式.夹层梁发生了芯材剪切、面板拉伸/受压破坏、屈曲破坏.由测试结果发现,Balsa木火层梁的承载力远低于理论计算,且破坏模式也与一般情况有差别.采用有限元方法,考虑了夹层结构的初始缺陷和材料的各向异性,建立了一系列有限元分析模型,对夹层梁的承载失效问题进行了分析计算...     

复合芯材夹芯结构成型工艺研究

为了改善复合材料夹芯结构中芯材与面板界面结合强度,研制了一种新型夹芯结构,即复合材料柱/泡沫塑料复合芯材夹芯结构.该结构中用过渡层取代胶结层,使芯材和面板为一体,芯材由泡沫塑料和柱结构组成,其中柱结构是与面板同材质的纤维增强复合材料.通过该夹芯结构的芯材结构设计、加工工具的设计、加工工艺设计,使增强材料在法向上植入芯材中,并与上下面板的增强材料连通.由于在同一个工艺过程中固化成型,构成一个整体,没有界面,从根本上改善了面板与芯材之间粘接性能薄弱问题.试验结果表明,该结构具有较高的抗层间剪切、抗平压、抗剥离及抗疲劳性能.     

夹层结构复合材料低速冲击试验与分析

设计了聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫、 交联聚氯乙烯(X-PVC)泡沫、 NOMEX蜂窝、 缝合PMI以及开槽PMI泡沫等形式的玻璃布面板夹层结构复合材料, 研究了芯材种类和厚度、 面板玻璃布层数以及缝合和开槽等因素对夹层结构低速冲击性能的影响。结果表明, PMI泡沫芯较X-PVC泡沫芯和NOMEX蜂窝芯具有更高的冲击破坏载荷和吸收能量。随着泡沫密度及面板厚度的增加, 夹层结构复合材料的冲击破坏载荷和破坏吸收能量增大。合理的缝合和开槽, 能够增加PMI泡沫夹层结构的强度、 刚度及界面性能, 提高冲击承载能力。     

冷弯薄壁型钢锁铆连接力学性能及其本构模型研究

为将锁铆连接引入冷弯薄壁型钢结构中构件的连接,对锁铆连接及自攻螺钉连接的试件进行了抗拉、抗剪性能试验,探讨了铆钉端距、基板厚度差、铆钉长度等参数对锁铆连接抗剪性能的影响;基于传染病传播动力学SIR模型建立了铆接本构模型,提出了锁铆连接抗剪承载力设计计算方法。研究结果表明:锁铆连接的主要破坏模式为延性破坏模式,表现为铆钉腿部剥离下层板材并伴随铆钉头部局部脱离上层板材,且刚度、强度和耗能性能均明显优于自攻螺钉连接;所建立的本构模型能够较精确反映锁铆连接荷载-变形曲线的变化趋势,且抗剪承载力的理论值和试验值误差较小;锁铆连接用于冷弯薄壁型钢板间连接时,其组合厚度不宜大于4 mm,厚板与薄板的厚度比不宜大于1.5,锁铆接头的端距应大于2倍铆钉直径。     

复合材料夹层结构自插式平接节点抗弯性能试验研究

采用复合材料连接型材的复合材料夹层结构连接节点具有轻质、防腐、无磁性等优点。该文试验研究复合材料夹层结构自插式平接胶结节点的受弯性能,重点考察连接型材的纤维铺设、节点搭接长度等因素对连接节点荷载-变形关系、应变发展规律和破坏模式的影响。试验结果表明,自插式平接节点的破坏形式主要表现为三类:节点连接区域的纤维面层与芯材的剥离破坏、搭接胶层剥离破坏、插入端变截面处纤维面层与芯材剥离破坏;连接型材纤维布的铺设方法与层数、胶结搭接长度以及节点区域的构造措施是影响节点承载力的主要因素。论文对平接节点的破坏机理进行了分析,研究成果对复合材料夹层板结构平接胶结节点的设计具有参考价值。     

冷弯型钢组合截面T形节点抗震性能研究

冷弯型钢在低层住宅结构中应用广泛,国内已有相应规范出版,但对冷弯型钢组合截面缺少相关设计规定。该文选择双肢冷弯C型钢背靠背带垫板的截面形式,对其抗弯节点进行抗震性能研究,采用试验与有限元分析相结合的方法,研究了节点板厚度、螺栓间距、C型钢厚度和腹板高度等参数对节点抗震性能的影响,发现该类节点的破坏特征符合抗震设计要求,滞回曲线饱满,承载力退化稳定、初始刚度大、刚度退化较为严重、耗能性能和延性较好。在相关参数中节点板厚度和螺栓间距对节点抗震性能的影响最大。C型钢厚度和腹板高度增加能明显提高节点的极限承载力。螺栓间距的增加会使节点承载力略有提高,但节点的耗能性能变差。