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蜂窝铝板抗风压性能试验研究

文章来源:蜂窝铝板价格   内容作者:铝蜂窝板厂家  发布时间:2019-11-15 18:51   浏览次数:

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  蜂窝铝板作为建筑物的围护结构已经越来越多的被人们所接受,因其通透、美观,在工程中也得到了不少的应用。但是,由于目前对于蜂窝铝板这种复合材料的结构性能尚无全面详尽的理论及试验研究。为了解决蜂窝铝板幕墙中蜂窝铝板的挠度计算问题,本文以某工程蜂窝铝板抗风压性能试验为例,利用幕墙风压测试设备,采集了蜂窝铝板的位移,并转换为挠度。试验结果与现行规范中蜂窝铝板挠度计算结果进行了对比,为蜂窝铝板幕墙广泛应用提供有效的参考依据。

  

 

  图1 蜂窝铝板构造图

  1 蜂窝铝板抗风压性能的试验研究

  1.1 试验概况

  1.1.1 试件介绍

  某工程蜂窝铝板抗风压性能试验的试件尺寸:宽1200mm×高2400mm;蜂窝铝板:面板为1.0mm厚的铝单板,底板为0.75mm厚的铝单板,蜂芯高度18mm,胶膜厚0.3mm;蜂窝铝板通过铝角码与试验用边框连接,铝角码规格(40+16)mm×21mm×壁厚2.0mm、安装间距290mm,试验用边框为规格50mm×50mm×壁厚1.3mm的钢方管,直接固定于试验设备上,幕墙分格大样如图2所示。

  

 

  图2 抗风压性能幕墙试件图

  1.1.2 测点布置

  抗风压性能试验中分别在蜂窝铝板的中心处沿宽度方向分别布置了5#、6#和7#测点,蜂窝铝板的四个角点处布置了1#、2#、3#和4#测点,如图3所示,为了检测蜂窝铝板中点相对于四个角点的面法线挠度,把七个测点分为三组进行检测:第一组由1#、6#和3#组成,测得6#相对于1#和3#的位移;第二组由2#、6#和4#组成,测得6#相对于2#和4#的位移;第三组由 5#、6#和 7#组成,测得6#相对于5#和7#的位移;在测点处安装位移计(位移计安装室内侧的蜂窝铝板表面上)来量测其在一定压力差作用下的挠度。

  

 

  图3 蜂窝铝板挠度测点布置示意图

  1.1.3 试验

  试验依据GB/T 15227—2007《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》、GB/T 21086—2007《建筑幕墙》规定进行操作。抗风压性能试验设备采用小型建筑幕墙物理性能检测设备,根据试验要求,在 -4506.3Pa, -3002.5Pa, -1501Pa, -1006.2Pa,-503.7,0Pa,499.1Pa,1003.5Pa,1502.1Pa,3005.8Pa,4518.7Pa压力差下记录蜂窝铝板的面法线挠度。蜂窝铝板的面法线挠度是根据中间点面法线挠度公式:fmax=

  

 

  (a、c为两端测点在某级压力差过程中的稳定读数值,单位为mm;b为中间测点在某级压力差过程中的稳定读数值,单位为mm)计算出蜂窝铝板中间点挠度。

  1.2 试验结果与分析

  在某工程蜂窝铝板抗风压性能试验中,对蜂窝铝板的三种组合面法线挠度分别计算了在各级压力差作用下相应测点的位移,每个测点的位移由所安装的位移计读出,然后计算出蜂窝铝板的中间点挠度。蜂窝铝板的挠度与压力差之间的关系曲线如图4所示。

  

 

  图4 挠度与压力差的关系曲线

  从图4可以看出,蜂窝铝板三种组合的挠度与压力差接近线性关系;第一组与第二组测得的结果比较接近,第三组测得的结果较小,蜂窝铝板中点相对于四角点的面法线挠度为最不利结果。

  2 蜂窝铝板抗风压性能的理论研究

  2.1 JGJ 133—2001蜂窝铝板挠度计算公式

  从上述蜂窝铝板的面法线挠度与受压力差的关系曲线表现的接近线性关系可以得出,蜂窝铝板的挠度小于其本身的厚度,所以基于薄板理论的小挠度计算适合蜂窝铝板的挠度计算。在JGJ 133—2001《金属与石材幕墙工程技术规范》对蜂窝铝板的挠度计算,在采用现行小挠度计算公式的基础上,考虑了一个折减系数η予以修正。

  JGJ 133—2001《金属与石材幕墙工程技术规范》中,5.4.3蜂窝铝板在风荷载作用下的跨中挠度,应符合下列规定:

  a)蜂窝铝板的刚度D可按下式计算:

  

 

  式中

  D——蜂窝铝板的刚度(Nmm);

  E——蜂窝铝板的弹性模量(N/mm2);

  t——蜂窝铝板的厚度(mm);

  v——泊松比,可按本规范第5.3.10条采用。

  b)蜂窝铝板跨中挠度可按下式计算:

  

 

  式中

  df——在风荷载标准值作用下挠度最大值(mm);

  wk——垂直于蜂窝铝板平面的风荷载标准值(N/mm2);

  a——蜂窝铝板短边边长(mm);

  μ——挠度系数,可由蜂窝铝板短边与长边边长之比a/b按JGJ 102—2003《玻璃幕墙工程技术规范》中表6.1.3采用;

  η——折减系数,可由参数θ按表5.4采用,θ=

  

 

  2.2 JGJ 102—2003玻璃计算结果与试验结果的比较分析

  表1 各级压力差对应的θ和η

  

 

  在某工程中,蜂窝铝板的弹性模量取值为0.21×105N/mm2,蜂窝铝板的泊松比取值为20mm,蜂窝铝板的厚度取值为20mm,蜂窝铝板分格宽1220mm×高2400mm。各级压力差下对应的θ和η,如表1所示。

  在蜂窝铝板挠度计算公式中,计算参数中压力差(即是公式中的垂直于蜂窝铝板平面的风荷载标准值)、参数θ与折减系数η三者是相对应的参数,即参数θ是随着压力差的变化而取不同的数值,折减系数η的取值再由参数θ的值决定。由表1得出,折减系数η的变化对挠度的计算影响不大。

  在上述各级压力差作用下,按JGJ 133—2001计算结果与第三组抗风压试验结果蜂窝铝板的中心点挠度的比较如图5所示。

  

 

  图5 JGJ 133—2001计算结果与第三组试验结果对比

  JGJ 133—2001计算结果与第三组试验结果的比较表明:JGJ 133—2001方法所得结果比试验值偏小,各级压力差下对应的误差如表2所示。蜂窝铝板的第三组试验值与规范值的误差在6%~13%之内。因此,对规范关于蜂窝铝板最大挠度计算方法进行适当的修正对于实际工程的设计是非常有益的。

  表2 各级压力差下对应的误差

  

 

  注:误差%=(试验值-规范值)×100/试验值。

  3 结论

  a)蜂窝铝板挠度与压力差呈线性关系,规范关于蜂窝铝板挠度的计算值小于试验值;

  b)规范中蜂窝铝板挠度计算系数采用JGJ 102—2003《玻璃幕墙工程技术规范》中计算公式进行取值,对规范关于蜂窝铝板最大挠度计算方法建议进行适当的修正。

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