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复合梁的后屈曲解析逼近研究(论文).pdf

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施工技术 CONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018 年 12 月 第 47 卷增刊 复合梁的后屈曲解析逼近研究 * 曾百卉 ,于永平 (吉林大学建设工程学院 ,吉林长春 130021 ) [摘要 ]介绍了国际上对复合梁结构在土木工程中的应用 ,并在现有研究的基础上 ,对复合梁受轴力作用时的后屈 曲计算方法进行改进和修正 。按照是否忽略复合梁的横截面法线与梁轴线间剪切角建立两组控制方程 ,运用扩展 系统打靶法给出解 。给定材料物理及结构几何参数 ,绘制轴力与挠度幅值的关系图 ,以及转角与梁长度坐标的关 系图 。结果表明 :软芯复合梁发生偏转时 ,该剪切角对复合梁的后屈曲行为产生本质上的影响 ,不可忽略 。 [关键词 ]复合梁 ;打靶法 ;后屈曲 ;稳定性 [中图分类号 ]TU392.3 [文献标识码 ]A [文章编号 ]1002-8498 (2018 )S2-1756-03 ApproximateSolutionforPost-bucklingBehaviorofSandwichBeams ZENGBaihui ,YUYongping (CollegeofConstructionEngineering ,JilinUniversity ,Changchun ,Jilin 130021 ,China ) Abstract :Theinternationalapplicationofsandwichbeamincivilengineeringisintroduced.Basedontheexistingre- search ,thecalculationmethodofpost-bucklingofsandwichbeamssubjectedtoaxialforceisimproved.Whilesandwich beamisdeflectedbyaxialforce ,thecross-sectionnormalofsandwichbeamisnolongerconsistentwiththeaxisofsandwich beam.Therefore ,twosetsofgoverningequationsareestablishedaccordingtowhetherornottheanglearereserved.Ac- cordingtotheresearch ,thephysicalandgeometrymaterialparametersaregiven.Byusingshootingmethodwithextended system ,thenumericalsolutionsareshowninfigures.Itmeanstherelationshipbetweenaxialforceandthedeflectionampli- tude ,andtherelationshipbetweentangentangleandthebeamlengthcoordinatesarepresented.Itcanbeconcludedthat theintersectionanglehasanessentialinfluenceonpost-bucklingbehavior ,whichmeansitmustnotbeignored. Keywords :sandwichbeam ;shootingmethod ;post-bucklingbehavior ;stability *吉林省科技发展计划 -青年基金项目 (20160520021JH ) [作者简介 ]曾百卉 ,硕士研究生 ,E-mail :zengbh16@mails.jlu.edu.cn [收稿日期 ]2018-08-29 0 引言 更高的抗弯刚度 、强度以及更轻的质 量 一 直 是 各 行各业对于结 构 材 料 的 追 求 。 由 此 ,复合梁结构应运 而生 ,它由两层面板以及中间芯材夹合而成 ,通过改变 复合结构面板和芯部的厚度和材料 ,可以在减小自重 的同时获得满足其他期望的性能 ,例 如 抗 冲 击 、吸 能 、 耐腐 、防火 、吸 声 。 在过去的几十年中 ,复 合 结 构 因 其 卓越的性能被广泛应用于航空航天和汽车船舶领域 。 直到近十年 ,复合结构才被引入建筑结构中 ,成为过去 十年民用基础设施新一代材料 ,对于复合夹层梁结构 , 通过改变轻质夹芯层厚度 ,在质量改变较小的同时 ,可 实现增加其抗弯刚度与强度的目的 。轻质预制复合结 构构件的使用 ,与传统建筑材料构件相比 ,不仅可以减 小截面尺寸 、增大建筑使用面积 ,也可降低运输以及安 装成本 ,符合我国现在对装配式建筑的追求 。 在建筑复合板 中 ,广泛使用的层压材料的实例是 玻璃钢 (GRP )和 碳 纤 维 。 近 年 来 ,为了提高复合夹层结构用芯 材 的 性 能 ,进 行 了 大 量 的 尝 试 。 Marsh 认 为 可以通过细胞操作来获得高强度的核心 。因 此 ,Mah- fuz 等通过将 二 氧 化 钛 (TiO 2)纳 米 颗 粒 注 入 母 体 聚 乙 烯泡沫材料中来改善复合梁结构在弯曲变形是的力学 性能 。他们发现 ,与纯聚氨酯泡沫相比 ,通过在核心中 注入 3% 的 TiO 2纳米 颗 粒 ,可 以 使 复 合 结 构 分 别 获 得 53% 和 26% 的挠曲刚 度 和 强 度 增 加 。 现 阶 段 ,在 澳 大 利亚 ,层压复合夹层结构现在被用作住宅和工业建筑 , 木栈道 ,桥面 ,以及一些基础设施项目中以木材替代梁 的结构板 ,而且在铁路枕木中的应用申请也在试行中 。 屈曲计算 方 面 ,Girhammar 和 Gopu 以 及 Girhammar 和 Pan 等研究了一般边界条件下部分组合梁柱承受横向 和轴向加载的侧向屈曲问题 。 徐和武通过基于 En- gesser 理论的 Timoshenko 梁理论为每个梁柱和横截面 上的均匀剪切模型分布 。但对于建筑复合板简化成复 合梁结构的研究并不全面 ,因此 ,在复合梁受到剪切作 用时 ,对简化后的梁模型进行复合梁稳定性分析是将 复合结构 更 有 效 的 运 用 于 实 际 建 筑 工 程 中 必 经 的 过 程 。 1 模型与方法 6 5 7 1 对于厚芯薄表皮的复合结构来说 ,该 薄 皮 特 殊 构 造使得芯承受了绝大部分的剪切应力 。当复合梁受轴 向力发生偏转时 ,考虑剪切变形的影响 ,该复合梁的横 截面不再与复合梁轴线保持垂直 ,即复合梁轴线与初 始状态下梁轴线之
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