一种多边形格构式格栅-柱结构夹层板制造技术

本发明专利技术公开了一种多边形格构式格栅‑柱结构夹层板，包括上面板、下面板以及中间的多边形格构式格栅‑柱结构，所述多边形格构式格栅‑柱结构包括格栅壁以及设置在格栅壁交汇处的加强柱，其特征在于：所述格栅壁为格构式，所述格栅壁包括框架以及位于框架内的空格，所述框架由上边框、下边框以及位于上边框与下边框之间的连接件组成，所述加强柱直径或边长大于格栅壁厚度。本发明专利技术夹层板加强柱只承担竖向荷载，格构式格栅壁只承受弯矩作用，各自分工明确，又能充分发挥材料性能，材料利用率更高。在此基础上，再通过在格构式格栅壁上下两端设置加强筋，进一步增强夹层板的抗压、抗弯以及整体性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种夹层板，尤其涉及一种中间为多边形格构式格栅-柱结构式夹层板。
技术介绍
在节能环保已经成为产品主要评价指标的今天，新型轻型结构的研究受到人们的重视。夹层夹芯板以其重量轻、刚度大、可设计性强等特点成为航空、航天、铁路、汽车、建筑等领域不可缺少的结构之一。由于一开始制作成本较高，上世纪50年代起主要用于航空航天领域。后随着科技进步，工艺方法的改进逐渐应用到其他工业领域。制作夹层板的材料有纸质、复合材料、金属等。夹层板轻质高强的特点主要由于其中间多边形格栅所形成的芯层结构。但现有的夹层板芯层结构中，多为格栅壁相互连接而成，也有的在格栅壁连接处设置小柱，但其本身并不是最优化多边形格栅夹层板结构，由于存在以下三个缺点：1)当夹层板承受垂直于面板的荷载时，芯层的格栅结构处于受压状态下，格栅壁之间的连接处的关键区域在竖向荷载下易产生扭转，从而导致格栅壁发生一个半波的平面外屈曲变形，对格栅结构的抗压强度有很大的不利影响；2)当夹层板承受垂直于面板的荷载时，在芯层结构中主要承受竖向力作用的是格栅壁交汇处。这是由于格栅壁本身由于自身很薄，易产生平面外的屈曲变形，因此所能承受的竖向力作用很有限；3)夹层板在弯矩作用下，一方面通过上下面板提供的反力矩来抵抗弯矩作用，另一方面也通过芯层结构中的格栅壁来抵抗弯矩作用。但根据结构抗弯原理可知，格栅壁沿高度方向上下两端的材料分别处于受压及受拉状态，其内部应力也是最大的。而格栅壁中间部位应力很小，不能充分利用材料，又会增加夹层板重量。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提供一种质量轻，材料利用率高，能发挥材料最大性能的一种多边形格构式格栅-柱结构式夹层板。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种多边形格构式格栅-柱结构式夹层板，包括上面板、下面板以及中间的多边形格构式格栅-柱结构，所述多边形格构式格栅-柱结构包括格栅壁以及设置在格栅壁交汇处的加强柱，其特征在于：所述格栅壁为格构式，所述格栅壁包括框架以及位于框架内的空格，所述框架由上边框、下边框以及位于上边框与下边框之间的连接件组成，所述加强柱的直径或边长大于格栅壁厚度。本专利技术多边形格构式格栅-柱结构夹层板的格栅壁为格构式，该结构的优势在于，即充分发挥格构式格栅壁重量轻、抗弯刚度好的特点，又充分发挥加强柱的抗压能力，上下边框内部的加强筋可进一步提高本夹层板强度。在所述上边框和下边框内设置有加强筋。所述加强筋可为通过预张拉形成的多曲拱预应力加强筋。在格构式格栅壁的基础上，通过在格构式格栅壁内部设置加强筋，并可根据实际工程对加强筋施加预应力以形成多曲拱预应力加强筋，进一步提高整个夹层板的抗压强度、抗弯强度和整体性。所述空格为圆形空格或多边形空格。所述多边形空格为三角形空格或四边形空格。所述多边形格构式格栅-柱结构的多边形格栅为三角形栅格、四边形格栅或六边形格栅等。所述加强柱为多边形柱或圆柱。所述加强柱为实心或空心。所述上面板和或下面板为平面板或曲面板。与传统夹层板中多边形格栅连接形成的芯层结构不同，本专利技术虽然也是夹层板，但其芯层结构实际上主要是由加强柱和格构式格栅壁构成，更重要的是其受力模型产生了根本性变革。由上述传统夹层板存在的三个主要缺点分析可知，当传统夹层板受到竖向荷载或者弯矩作用时，其芯层结构并不能充分发挥材料所对应的抗压或抗弯性能。而本专利技术夹层板的力学模型为：加强柱只承担竖向荷载，格构式格栅壁只承受弯矩作用，各自分工明确，又能充分发挥材料性能，材料利用率更高。在此基础上，再通过在格构式格栅壁上下两端设置加强筋，进一步增强夹层板的抗压、抗弯以及整体性能。附图说明图1为本专利技术多边形格构式格栅-柱结构夹层板(四边形)实例示意图，加强柱为实心圆柱。图2为本专利技术结构总体示意图。图3为本专利技术多边形格构式格栅-柱结构式夹层板(三角形)实例示意图，加强柱为空心圆柱。图4为本专利技术多边形格构式格栅-柱结构式夹层板抗压增强原理的受力分析图。图5为传统格栅夹层板芯层结构抗压受力分析图。图6为本专利技术多边形格构式格栅-柱结构式夹层板抗弯强度增强原理的受力分析图。图7为传统格栅夹层板芯层结构抗弯受力分析图。图8为本专利技术多边形格构式格栅-柱结构式夹层板格栅壁的结构示意图，其中a由两个连接件形成3个三角形空格，b由两个连接件形成4个三角形空格，c由5个连接件形成8个三角形空格。图9为本专利技术多边形格构式格栅-柱结构式夹层板格栅壁的多曲拱预应力加强筋原理示意图(以单个格栅壁为例)。图中编号：1、下面板，2、多边形格构式格栅-柱结构，3、格栅壁，31、框架，311、上框架、312、下框架，313、连接件，32、空格，4、加强柱，5、加强筋，6、上面板，7、格栅三角形单元，8、圆形空心柱，9、加强筋A，10、加强筋B，11、加强筋A的锚固件，12、弯曲拱轴线。具体实施方式本专利技术实施例以四边形格栅单元为例，该多边形格构式格栅-柱结构式夹层板示意图如图1、图2所示，包括上面板6、下面板1以及多边形格构式格栅-柱结构2。其中多边形格构式格栅-柱结构2包括格栅壁3和加强柱4，加强柱4位于格栅壁3的交汇处。格栅壁3为格构式，包括框架31以及位于框架内的空格32。框架31由上边框311、下边框312以及位于上边框与下边框之间的连接件313组成，加强柱4的直径或边长大于格栅壁3厚度。在上边框311和下边框312内设置有加强筋。下面分别从抗压强度、抗弯强度以及双曲拱预应力加强筋的增强原理来说明多边形格构式格栅-柱结构加筋夹层板的力学性能。抗压强度的增强原理：根据结构稳定理论可知，在竖向荷载作用下，格栅壁交汇处的开口十字形截面(如图5所示)易产生扭转，导致格栅壁会发生平面外屈曲变形，此时格栅壁中部的平面外凸曲程度最大。为使得格栅壁交汇处的开口十字形截面不发生扭转，则在格栅壁交汇处设置加强柱。而加强柱对抗压强度的增强原理解释如下：以图4格栅壁A为例，可以从几何结构上非常直观地揭示出蕴藏在加强柱结构中抗压的奥秘：位于格栅壁交叉处的加强柱，不仅是均摊的四分之一加强柱4面积(图4，90°所标之处)对格栅壁A的平面外抗弯刚度作了贡献，实际上均摊给格栅壁B和D的加强柱面积(图4，θ2L,θ2R所标之处)也对格栅壁A的侧向抗弯刚度作了贡献。按此类推，加强柱4对格栅壁A的抵抗矩的贡献只有θ4L,θ4R是独立的，而另外θ2L,θ3L，θ2R,θ3R分别与格栅壁B和D共享。尽管传统格栅结构在交叉处也存在共享现象(图5，θ2L,θ3L，θ2R,θ3R)，但通过比较图4和图5可知，加强柱4结构具有如下特征：1)交叉处共用的面积明显增加，即多了图5中五角星所标的部分；2)且该共享部分的面积远离Y轴，对Y轴的截面抵抗矩的贡献大，因此仿生蜂窝板中加强柱结构使得格栅壁具有更好的侧向抗弯性能。再加之从轴压构件稳定理论可知，在格栅壁交汇处设置加强柱之后，原先传统格栅结构中格栅壁交汇处的开口十字形截面则转为闭口矩形截面，大大增加了格栅壁交汇处的抗扭转能力，与之连接的格栅壁则可以承担更大的竖向荷载。由此说明加强柱的共享抗侧弯机制实现了对传统格栅结构的强化作用。由于传统多边形格栅夹层板的格栅壁交汇处易发生扭转，因此格栅壁不得不也承担相当一部分的竖向荷载。但由于格本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多边形格构式格栅‑柱结构夹层板，包括上面板、下面板以及中间的多边形格构式格栅‑柱结构，所述多边形格构式格栅‑柱结构包括格栅壁以及设置在格栅壁交汇处的加强柱，其特征在于：所述格栅壁为格构式，所述格栅壁包括框架以及位于框架内的空格，所述框架由上边框、下边框以及位于上边框与下边框之间的连接件组成，所述加强柱直径或边长大于格栅壁厚度。

【技术特征摘要】
1.一种多边形格构式格栅-柱结构夹层板，包括上面板、下面板以及中间的多边形格构式格栅-柱结构，所述多边形格构式格栅-柱结构包括格栅壁以及设置在格栅壁交汇处的加强柱，其特征在于：所述格栅壁为格构式，所述格栅壁包括框架以及位于框架内的空格，所述框架由上边框、下边框以及位于上边框与下边框之间的连接件组成，所述加强柱直径或边长大于格栅壁厚度。2.根据权利要求1所述的多边形格构式格栅-柱结构夹层板，其特征在于：在所述上边框和下边框内设置有加强筋。3.根据权利要求2所述的多边形格构式格栅-柱结构夹层板，其特征在于：所述加强筋为通过预张拉形成的多曲拱预应力加强筋。4.根据权利要求1、2或3所述的多边形格构式格栅-柱结构夹层板，其特征在于：所述空格为圆形空格或多边形空格。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓明，谢娟，陈锦祥，郭振胜，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32