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新型木塑复合材料建筑模板的研究

作　者: 冯嘉
导　师: 李秋义
学　校: 青岛理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 木塑建筑模板 ANSYS 力学性能结构优化经济性分析
分类号: TU755.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着建筑业的快速发展,混凝土施工对模板的需求量日益增多。目前,我国建筑施工常用模板主要为胶合板模板,因其原料为木材,大量使用不仅浪费森林资源,同时对环境也造成危害,开发模板新型材料和结构新形式迫在眉睫。木塑复合材料充分利用了废旧塑料和木材下脚料等废料,工艺简单,造价低廉,为研发新型建筑模板提供了一个崭新思路。本文在分析了国内外建筑模板应用现状的基础上,充分发挥木塑复合材料环保、价廉等优势,提出了新型木塑建筑模板,并采用试验与数值模拟相结合的方式,对木塑模板的物理性能和力学性能进行了系统研究,为新型木塑建筑模板的推广提供了有益的依据,主要研究内容和成果如下:(1)依照规范分别对PE、PP和PVC三种木塑建筑模板的板材进行物理性能试验研究,内容包括板材的含水率、拉伸强度、弯曲强度、弹性模量等,并根据试验数据进行木塑实芯板研究。试验和分析结果表明:PVC基木塑材料具有较高的强度和弹性模量以及低含水率,能够满足实际工程的需要;在承受相同承载力的条件下,PVC基木塑实芯板的设计厚度最小,力学性能最好。(2)基于PVC基木塑复合材料设计了三种不同截面形式的木塑空芯模板(分别为长方孔式、正方孔式和圆孔式),通过ANSYS有限元软件对木塑空芯结构模板分别进行承载能力分析和变形能力分析。分析结果表明:新型木塑空芯模板能够满足承载能力要求,模板尺寸的变化会对模板的承载能力和变形产生较大影响;在实际荷载条件下,空芯模板的支撑间距不宜大于400mm,控制在300mm左右,有效地减少了支撑方木的使用量。(3)以木塑空芯模板的体积最小为目标,运用ANSYS的优化模块对木塑空芯结构模板进行尺寸优化,得到尺寸的最优值。优化结果表明:一阶法的求解精度最高,在满足应力和变形的前提下,模板优化后尺寸为5mm×12mm×32mm×25mm×1200mm,优化后受力更合理,既确保模板结构安全,又降低了产品的成本。(4)依据规范进行新型钢框-木塑(PVC基)组合模板设计,根据组合作用工作原理下的理论计算方法,验算组合模板在不同荷载下的挠度。计算结果表明:当荷载值≤70KN/m~2时,挠度值控制在3mm以内,钢框-木塑组合模板具有良好的力学性能,完全胜任模板施工工作。(5)基于建筑技术经济评价原理,分别对三种形式模板进行经济性分析。分析结果表明:PVC基木塑模板由于良好的力学性能和较低的材料成本使其模板造价最低,可以很好的替代竹(木)胶板、木模板等实芯模板,并且费用低廉;在北方冬季施工期间,可以采用木塑空芯结构模板,使用费用可以比胶合板节省50%,并可节省保温措施费用;当对模板工程有严格要求需要采用钢模板时,可以用钢框-木塑组合模板代替,回收折算后的费用较低。

全文目录

摘要  8-10
Abstract  10-12
第1章绪论  12-19
  1.1 课题背景  12-13
  1.2 建筑模板的发展概况与动态  13-16
    1.2.1 国外建筑模板的发展  14
    1.2.2 国内建筑模板的发展  14-15
    1.2.3 模板材料的选用原则  15-16
  1.3 木塑建筑模板的介绍  16-17
  1.4 研究目的、意义及主要内容  17-19
    1.4.1 研究意义  17
    1.4.2 研究目的  17-18
    1.4.3 本文主要研究内容  18-19
第2章木塑材料物理性能试验及实芯模板研究  19-31
  2.1 含水率试验  19-20
    2.1.1 试验方案  19
    2.1.2 试验结果与分析  19-20
  2.2 拉伸性能试验  20-23
    2.2.1 试验方案  21
    2.2.2 试验结果与分析  21-23
  2.3 弯曲性能试验  23-26
    2.3.1 试验方案  23-24
    2.3.2 试验结果与分析  24-26
  2.4 冲击性能试验  26-27
    2.4.1 试验方案  26
    2.4.2 试验结果与分析  26-27
  2.5 木塑实芯板研究  27-30
    2.5.1 建筑模板力学指标  28
    2.5.2 木塑实芯板力学分析  28-30
  2.6 本章小结  30-31
第3章木塑空芯结构模板力学性能有限元分析  31-48
  3.1 有限元基本理论  31-33
  3.2 破坏准则的选择  33
  3.3 木塑材料本构关系  33
  3.4 模板形式与尺寸选取  33-34
  3.5 木塑空芯结构模板力学性能有限元分析  34-47
    3.5.1 承载力能力分析  34-40
    3.5.2 变形能力分析  40-47
  3.6 本章小结  47-48
第4章新型木塑空芯结构模板结构优化  48-60
  4.1 结构优化设计的基本概念  48-51
    4.1.1 结构优化设计发展  48-49
    4.1.2 结构优化设计数学模型  49-50
    4.1.3 结构优化设计基本原理  50
    4.1.4 结构优化设计分类  50-51
  4.2 木塑空芯结构模板的结构优化问题描述  51-52
  4.3 基于ANSYS 优化模块的结构优化  52-58
    4.3.1 ANSYS 优化设计的相关概念  52-53
    4.3.2 ANSYS 优化设计方法  53
    4.3.3 ANSYS 结构优化设计操作步骤  53
    4.3.4 基于ANSYS 的木塑空芯模板优化设计  53-57
    4.3.5 两种优化方法对比分析  57-58
  4.5 本章小结  58-60
第5章新型钢框-木塑组合模板设计与理论计算  60-74
  5.1 概述  60-62
    5.1.1 钢框木塑模板的特点  60-61
    5.1.2 钢框组合模板形式  61-62
  5.2 新型钢框组合模板规格的确定  62
  5.3 边框的结构选型  62-64
    5.3.1 轧制角钢钢框  62-63
    5.3.2 冷弯钢板边框  63
    5.3.3 热轧异型边框  63-64
  5.4 钢框模板结构设计  64-66
  5.5 模板的结构验算  66-73
    5.5.1 复合式钢框组合模板计算的两项基本假定  66
    5.5.2 钢框组合模板的计算步骤  66-68
    5.5.3 计算实例  68-73
  5.6 本章小结  73-74
第6章木塑模板技术经济性分析  74-80
  6.1 建筑技术经济评价原理和评价标准  74-75
  6.2 模板工程计价  75
  6.3 模板工程经济分析  75-78
    6.3.1 不同树脂基木塑实芯板经济性分析  75-76
    6.3.2 新型木塑模板与常用模板的经济性对比  76-78
  6.4 本章小结  78-80
第7章结论与展望  80-82
  7.1 结论  80
  7.2 展望  80-82
参考文献  82-85
攻读硕士学位期间已发表的学术论文  85-86
致谢  86

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