金屬復(fù)合屋面板動力性能的試驗研究和數(shù)值模擬.pdf

1、目前大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)廣泛采用金屬復(fù)合屋面板系統(tǒng)，其有限剛度和高阻尼性能在傳遞風(fēng)荷載的過程中會改變風(fēng)荷載的脈動特性，影響到結(jié)構(gòu)的風(fēng)致振動效應(yīng)，但目前的抗風(fēng)設(shè)計方法并未考慮。本文對聚氨酯夾芯和巖棉夾芯屋面板的足尺試件進(jìn)行了動力測試，對兩類屋面板的實際動力特性進(jìn)行了調(diào)查。根據(jù)試驗結(jié)果對其理想有限元模型進(jìn)行修正，獲得了能夠有效表征兩類屋面板實際剛度、質(zhì)量和阻尼性能的物理參數(shù)值。本文工作和主要結(jié)論如下:
　　(1)基于彈性-粘彈性復(fù)合結(jié)構(gòu)的阻

2、尼理論，建立了兩類金屬復(fù)合屋面的初始（理想化）有限元模型。針對初始模型，分析了兩類屋面板的固有頻率和振型特點，并利用模態(tài)應(yīng)變能法對其模態(tài)阻尼性質(zhì)進(jìn)行了初步分析。
　　(2)根據(jù)PolyLSCF模態(tài)參數(shù)識別方法的基本原理及其穩(wěn)態(tài)圖的繪制和使用方法，基于MATLAB軟件編寫了相關(guān)程序。通過四個典型算例驗證了該方法的有效性及程序的正確性，并證明其可用于金屬復(fù)合屋面板的模態(tài)參數(shù)識別。
　　(3)對兩類共三塊屋面板的足尺試件進(jìn)行動力測

3、試和模態(tài)參數(shù)識別。試驗結(jié)果表明，聚氨酯夾芯屋面板的前7階固有頻率在24～60Hz之間，且頻率密集;各階模態(tài)阻尼比在1％～3％之間。巖棉夾芯屋面板的剛度很小，前6階固有頻率在15～25Hz之間，且分布非常密集，最接近的兩階模態(tài)僅相差0.3Hz;其阻尼很大，各階阻尼比在8％左右。
　　(4)以試驗識別的固有頻率和振型為基準(zhǔn)，對兩類金屬復(fù)合屋面板的初始有限元模型進(jìn)行修正。闡明了初始有限元模型考慮檁條支承剛度的必要性。靈敏度分析表明，夾芯

4、層材料的豎向彈性模量、密度和豎向泊松比是影響聚氨酯夾芯屋面板動力性能的關(guān)鍵參數(shù);巖棉夾芯屋面板對夾芯層材料的密度、橫向彈性模量、厚度和豎向彈性模量最為敏感。
　　(5)模型修正前，聚氨酯夾芯屋面板的各階頻率誤差均處于較高水平，大多在10％左右;巖棉夾芯屋面板的誤差更高，其中有一半階次達(dá)到了20％以上。模型修正后，兩類屋面板的頻率誤差明顯降低。修正后的各項設(shè)計參數(shù)均保留了明確的物理意義，可用于進(jìn)一步研究金屬復(fù)合屋面板的風(fēng)致動力效應(yīng)及