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荷載的過程中會改變風荷載的脈動特性，影響到結(jié)構(gòu)的風致振動效應(yīng)，但目前的抗風設(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行了動力測試，對兩類屋面板的實際動力特性進行了調(diào)查。根據(jù)試驗結(jié)果對其理想有限元模型進行修正，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，對兩類金屬復(fù)合屋面板的初始有限元模型進行修正。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，可用于進一步研究金屬復(fù)合屋面板的風致動力效應(yīng)及