瓦楞夹层结构的研究现状及其在土木工程上的研究方向

谭茜文 哈建德 王帅

摘  要：瓦楞夹层结构具有抗振、抗撞击性好、比吸收能好等特点，在航天航空领域、交通运输领域、包装工程领域领域有着广泛的应用。本文针对目前瓦楞夹层结构的国内外研究现状进行分析，提出瓦楞夹层结构在土木工程上的研究方向。

关键词：瓦楞夹层结构;研究现状;土木工程;

1.瓦楞夹层结构的研究现状

二十世纪八十年代，英国人Hilliard和Aaron将具有波纹形状的纸制板夹在两层面纸之间制成了瓦楞纸板，使得原本柔软的纸张变成了刚度较大的纸板。这种瓦楞夹层结构被广泛应用于货物运输包装箱的制作。瓦楞夹层结构的发展和应用为工业革命带来了新的思路和方向，其具有的良好性能被直接或间接地运用到工业中。近年来，国内外学者对瓦楞夹层板结构的研究更加深入，研究内容包括金属、复合材料瓦楞夹层板，不同夹芯结构瓦楞夹层板，两者在平面压缩、弯曲、动态冲击等不同载荷下的力学性能研究，并取得了一系列的研究成果。

1.1金属、复合材料瓦楞夹层板研究

不同的夹芯材料会导致瓦楞结构夹层板性能发生变化。随着科技的发展和工业领域对材料的更高要求，夹芯材料从木材慢慢发展成铝，钢，合金等金属材料和玻璃钢、碳纤维、芳族聚酞胺纤维等复合材料。Guodong Xu[1]等人设计并制造了一种3D环氧复合材料瓦楞夹层结构，研究其力学行为及破坏机理。他们制备了具有不同梯度参数的3D环氧复合材料瓦楞夹层结构试件，并进行压缩和弯曲试验，发现梯度参数对3D环氧复合材料瓦楞夹层结构的力学性能和破坏模式有明显的影响。Wentao He[2]等人研究碳纤维增强聚合物面板和铝合金瓦楞芯夹层结构的低速冲击响应和冲击后弯曲性能。通过低速冲击试验，研究这类结构在冲击载荷、吸收能量和破坏模式方面的抗冲击性能。

1.2不同夹芯结构瓦楞夹层板研究

不同构型的夹芯结构也会导致瓦楞夹层板性能各不相同。骆伟[3]等人研究瓦楞芯层几何构形对复合材料瓦楞夹层结构冲击特性的影响，他们发现不同几何构型夹芯层的复合材料瓦楞夹层结构的刚度差异较为明显。Haifu Yang[4]等人设计并制造由两层薄壁和梯形瓦楞芯组成的夹层板，通过落锤冲击试验，研究金属梯形瓦楞芯夹层板在低速冲击载荷下的动态响应。结果表明，冲击能量对夹层板的动力响应有显著影响，而冲击直径对夹层板的动力响应影响不大。赵树芸围绕不同夹芯形状的单层瓦楞夹层板结构和不同排列方式及夹芯层数的多层瓦楞夹层板结构进行试验和仿真。Chengfu Shu[5]等人对不同布置形式的双层瓦楞芯夹层在准静态压缩载荷下的能量吸收特性进行实验研究。比较两种不同排列方式的双层夹层板的实验结果，发现对称排列的瓦楞夹层板具有更好的能量吸收特性。Yang Sun等人采用连续损伤演化模型，设计并分析三种不同级配瓦楞夹层板结构，提出一种基于抗弯强度和连续损伤评估的复合瓦楞夹层板结构的设计方法。

2.瓦楞夹层结构在土木工程上的研究方向

由于瓦楞夹层结构具有质轻、高强的特点，使得其在民用建筑结构中的屋顶、天花板、墙体等建筑结构领域得到广泛应用。但在笔者看来，瓦楞夹层结构的优点并不仅仅局限于民用结构的应用。在未来，瓦楞夹层结构还可以在道路工程、桥梁工程上大力推广，如下：

1. 优化瓦楞夹层结构的防撞性能。在实际的生活中，对于跨江跨海的桥梁，我们往往需要考虑桥墩的防撞设施。为了有效地缓冲船舶的冲击力，将船舶对桥墩防撞设施的破坏降到最低，我们可以在防撞设施中引入了瓦楞夹层结构。此外，我们还可以将瓦楞夹层结构在高速公路汽车防撞护栏上推广使用，可以增加设施的使用寿命。

2. 提高瓦楞夹层构的防冲击性。在道路工程中，道路的使用寿命往往取决于路基路面的抗冲击性。为了有效地抵抗荷载对道路的冲击力，延长道路的使用寿命，我们可能在路基中讨论引用瓦楞夹层结构。

3. 将瓦楞夹层结构引入到混凝土结构设计中，将工字钢结构加工成瓦楞夹层结构，组成各种形式截面，极大地满足了工程设计与工程制作的需求。

3.结语

相对于泡沫夹层结构、蜂窝夹层结构而言，瓦楞夹层结构的研究较少，在土木工程领域上的应用面较窄。但是，瓦楞夹层结构的力学性能好、承载效率高。因此，在未来的日子里，我们可以对瓦楞夹层结构进行研究，将其推广到土木工程领域上，以期在土木工程领域得到更广泛的运用。

参考文献：

[1] Guodong Xu，ZhihaiWang，TaoZeng，SuCheng，DainingFang.Mechanical response of carbon/epoxy composite sandwich structures with three-dimensional corrugated cores.Composites Science and Technology，Volume156，March2018，Pages296-304.

[2]Wentao He，Jingxi Liu，Shuqing Wang，De Xie.Low-velocity impact response and post-impact flexural behaviour of composite sandwich structures with corrugated cores.Composite？Structures，Volume 189，1April2018，Pages 37-53

[3]骆伟，谢伟，刘敬喜. 芯层几何构形对复合材料波纹夹层结构冲击特性的影响[J]. 江苏科技大学学报（自然科学版），2018，（01）：21-26.

[4]Haifu Yang， Yuansheng Cheng， Pan Zhang， Jun Liu and Kai Chen.Experimental Investigation Into the Effect of Impact Loading on the Response of Metallic Trapezoidal Corrugated Core Sandwich Panels.ASME 2018 37th International Conference on Ocean， Offshore and Arctic Engineering.Volume 3： Structures， Safety， and ReliabilityMadrid， Spain， June 17–22， 2018

[5]Chengfu Shu，？Shuyun Zhao，？Shujuan Hou.Crashworthiness analysis of two-layered corrugated sandwich panels under crushing. loadingThin-Walled？Structures.Volume 133，December 2018，Pages 42-51.

作者簡介：谭茜文（1997.06—）女，本科在读，学生，研究方向：道路工程。