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HPFRC夹芯保温外墙挂板受弯性能研究

作　者: 于群
导　师: 吴香国
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 结构工程
关键词: 高性能水泥基复合材料外挂墙板夹芯结构有限元
分类号: TU551
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

能源日渐枯竭的今天，节能型建筑越来越受到世界各国建业行业的重视，也逐渐成为建筑领域研发和创新的焦点。改革开放三十年以来我国建筑能耗逐年大幅度攀升，建筑能耗问题已成为我国能源消耗领域里亟待解决的问题。纵观我国建筑领域，砖混砌块等高能耗材料仍然占据墙体材料市场，其主要的保温措施是在传统的砖混砌块墙体表面吊挂或者粘接保温材料。但是传统保温材料性能差、抗冲击强度低、耐久性能差，长时间暴露在外界恶劣的环境下会导致保温性能的降低，保温效果难以达到理想的要求，需要日常维护，增加了使用成本。这种传统的节能保温形式已经不再适应节约型社会发展的需要了。因此，墙体改进和建筑节能显得尤为重要。在众多的新型墙体中，轻型复合夹芯板材体系以其杰出的保温性能、低廉的成本、简便的施工工艺和安装方法成为发展前景最被看好的一种节能墙体。目前，我国已有很多建筑使用钢丝网架复合夹芯板等轻型复合夹芯板作为填充墙和围护墙。现有的复合夹芯墙板仍然存在很多不足，需要对其进行调整和改进。本文基于现有的复合夹芯墙板，通过改进内外面层材料，以及面层连接构造，设计了一种新型的预制高性能水泥基复合材料(High Performance Fiber ReinforcedCementitious Composite英文简写：HPFRC)夹芯保温墙板。HPFRC具有优异的力学性能和极高的耐久性能，是一种高强度(抗压强度一般介于60～80MPa)、高韧性、高工作性能的新一代高性能水泥基复合材料。用HPFRC作为面层结构，保证了预制墙板面层的抗冲击性能和耐久性能。用传热系数较低的FRP筋作为内外面层的连接件，既保证了预制墙板的整体性能又避免了冷桥的出现。整个墙板无配筋，真正做到了节能高效环保。首先对3个相同尺寸不同连接件个数的HPFRC夹芯保温墙板的进行了抗弯性能的试验研究，发现了HPFRC夹芯保温墙板在加载过程中的破坏规律。根据上述试验，通过ABAQUS有限元计算软件，进行了对比验证，所得计算结果与试验结果吻合良好。然后基于ABAQUS有限元计算软件，建立了4200mm×3300mm的HPFRC夹芯保温墙板模型，分别分析了在吊装工况和风荷载工况下，5种不同内外面层组合厚度试件的结构性能。通过对比发现，在节点位置和尺寸不变的情况下。通过增加内面层厚度能有效提高HPFRC夹芯保温墙板的初裂和极限承载力。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-19
  1.1 课题背景和研究意义  10
  1.2 国内外研究现状  10-18
    1.2.1 国内研究背景及现状  10-13
    1.2.2 国外研究背景及现状  13-14
    1.2.3 高性能纤维改性水泥基复合材料及其工程结构应用研究现状  14-18
  1.3 本文主要内容  18-19
第2章材料的基本力学性能及数值模拟介绍  19-31
  2.1 HPFRC 材料配合比、养护工艺与实验结果  19-20
  2.2 HPFRC 力学性能  20-22
    2.2.1 抗压强度  20
    2.2.2 抗拉性能  20-22
  2.3 HPFRC 计算简化模型及其参数  22-23
  2.4 其他材料应力应变关系及参数  23-25
  2.5 基于 ABAQUS 分析的模型  25-30
    2.5.1 HPFRC 本构模型的选择及其在 ABAQUS 中的参数设置  26-28
    2.5.2 EPS 材料本构模型的选择及其在 ABAQUS 中的参数设置  28-29
    2.5.3 FRP 材料本构模型的选择及其在 ABAQUS 中的参数设置  29
    2.5.4 单元选择  29-30
  2.6 本章小结  30-31
第3章 HPFRC 夹芯墙板的结构性能试验及其数值验证  31-50
  3.1 HPFRC 夹芯墙板的结构性能试验研究  31-42
    3.1.1 试件制作  31-33
    3.1.2 试件的抗弯试验  33-42
  3.2 数值验证  42-46
  3.3 数值试件拓展  46-48
    3.3.1 结果分析  48
  3.4 本章小结  48-50
第4章 HPFRC 夹芯保温外墙挂板设计与性能分析  50-64
  4.1 HPFRC 夹芯保温外墙挂板的设计与装配方案  50-52
    4.1.1 HPFRC 夹芯保温外墙挂板的设计  50-51
    4.1.2 HPFRC 夹芯保温外墙挂板装配方案  51-52
  4.2 基于 ABAQUS 的结构性能分析  52-62
    4.2.1 工况 1：吊装过程中重力荷载作用下的 HPFRC 夹芯外墙挂板性能  52-54
    4.2.2 工况 2：风荷载作用下 HPFRC 夹芯保温外墙挂板的结构性能  54-62
  4.3 本章小结  62-64
结论与展望  64-65
参考文献  65-71
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  71-72
致谢  72-73

HPFRC夹芯保温外墙挂板受弯性能研究

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