BFRP热断桥结构的力学及热工学性能研究

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随着全球能源与生态环境问题的突出,人们对建筑能耗问题也越发的重视。针对此,欧美等一些发达国家首先提出了“被动式建筑”的理念,对建筑节能提出了具体要求,其中减少建筑热桥是被动式建筑设计中的一个关键点。建筑物中一个典型的热桥是阳台热桥,其易导致室内墙体出现结露、长菌、发霉的现象,进而影响居住者的健康。倘若在此处设置阳台热断桥,则可减少局部热量传递,降低建筑发霉风险,提高房屋使用寿命和居住舒适度。根据以上背景和实际工程需求,本文提出了一种以玄武岩纤维增强复合材料(以下简称BFRP)为主要结构材料的阳台热断桥,其使用高性能受力材料和保温材料代替阳台悬臂端根部混凝土以减少热量在该处的集中传递,充分利用了BFRP优良的力学性能和热工性能以及XPS的保温隔热能力,在减少热桥的同时保证了荷载传力途径的完好。本文通过力学试验和热工模拟验证了该新型热断桥结构可在室外阳台和室内楼板之间有效地隔绝热量的集中传递,并且可以将阳台板的荷载安全可靠地传递给室内楼板和框架梁。本文的主要研究内容如下:(1)对阳台热断桥的选型方案及适用的结构材料类型、保温材料类型进行了深入的讨论,并对阳台热断桥的各个组件进行了力学性能和热工性能试验。力学试验测试了BFRP筋材拉伸性能、不锈钢钢筋拉伸性能及BFRP大直径筋材压缩性能,得到其极限强度、弹性模量、破坏形式等力学性能指标,热工试验测试了BFRP的导热系数、比热容、热扩散系数等热力学指标。结果显示BFRP筋具有较高的结构强度,较低的导热系数,是良好的阳台热断桥结构材料。(2)对所设计的BFRP阳台热断桥结构进行了力学性能试验,以下部压剪筋伸入混凝土长度、热断桥形式、热断桥跨度、加载点位置为变量,研究其对热断桥结构的影响。通过试验得到了下部压剪筋伸入混凝土的最合适长度,并以此为依据设计了若干结构形式合理的阳台热断桥,探讨了热断桥跨度改变对结构的影响。同时文中提出了斜向连接件加固和抗剪板加固两种加固形式,并比较了两者的加固效果。试验数据表明所设计的热断桥具有一定的延性,可以用于悬挑长度小于等于1.5m的实际阳台当中。(3)对所设计的BFRP阳台热断桥节点温度场进行了模拟分析,采用ABAQUS建立了不同结构形式、不同热断桥跨度及普通钢筋混凝土结构的节点温度场,并计算出所设计热断桥的线传热系数,对结构的热工性能进行了系统的评价。模拟结果表明:热断桥的存在与否对结构的保温性能影响较大,热断桥的结构形式及跨度大小对保温性能影响较小。相比于普通阳台,本文所设计的热断桥结构线传热系数较低,可以有效的减少热桥局部传热量,降低结构结露发霉的风险,减少建筑物的能量消耗并且提高了房屋的居住舒适度。
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