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摘要：针对简支边界下正交异性的钢-聚氨酯夹层桥面板，采用能量法、有限元法及模型试验方法，分析局部均布荷载下板的弯曲性能。结果表明：三种方法求解结果基本一致，验证了求解结果的正确性。
关键词：聚氨酯-钢板；能量方程；有限元法；试验研究；弯曲性能
聚氨酯-钢板夹层结构（SPS）在国外大约二十年前进入研究应用阶段，因其比重小、防爆、防弹、抗冲击能力强等优点，作为一种加筋板和混凝土的替代品被广泛运用在军事与民用领域。国内对SPS研究相对较少，文献[1][2]利用有限元法、模型试验等方法对SPS结构钢箱梁模型进行弯曲性能研究。文献[3][4]利用实验、有限元计算方法研究SPS在动力荷载下力学性能。本文利用能量法推导出带加劲肋的SPS结构在局部均布荷载下弯曲方程，并结合有限元、模型试验方法进行结果验证。
1 能量法
简支正交异性夹层桥面板，在垂直于板面的局部均匀荷载作用下，采用静力平衡法建立微分方程，求解任意点的弯曲应力和挠度比较困难。以下采用能量原理方法推导应变和挠度的计算式。计算模型如图1，边长为a′b的夹层板。在垂直于x轴的方向板底有N条梯形加劲肋，板面任意位置作用有大小为q，分布范围为2c′2d的局部均布荷载，方向垂直于板面。中夹层板长a，宽b，夹层板面板厚度t，芯层厚度h。
该简支正交异性夹层板由上下钢面板、夹芯层、梯形加劲肋组成，采用能量原理推导平衡方程时，需求出各部分的弯曲应变能。根据文献[5]，基于Hoff理论的假设条件，上、下钢面板的弯曲弹性应变能为：
2实验分析
2.1 实验模型
3.数值解
采用ABAQUS有限元分析软件建立加劲肋夹层板分析模型。如图5所示。其中钢面板、加筋肋采用壳单元S4R，芯层采用实体单元模拟。其中上、下面板、支撑边共划分17408个S4R壳单元，芯层共划分19320个C3D8R实体单元。约束夹层板四支撑边Ux，Uy，Uz自由度，在上面板施加局部均布荷载q进行静力求解。
4.2 应力分析
为求得模型试验中夹层板应力，可将具体测得应变结果代入（1-3）式，通过三种方法得到加筋夹层板主要应力计算结果如下表所示。
表1 加筋夹层板应力计算
Table 1. Stress analysis of stiffened SPS plate
5 结语
本文结合能量法、有限元法、模型试验三对SPS加筋结构的在局部均布荷载下的弯曲性能进行求解，从结果可知，三种方法得出结果基本一致，验证了能量法在夹层板弯曲性能分析中的准确性。
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论文作者:黄兆亮,林远池
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/9
标签：夹层论文; 荷载论文; 弯曲论文; 聚氨酯论文; 模型论文; 正交论文; 能量论文; 《防护工程》2019年10期论文;