節(jié)能型預(yù)埋鋼管式混凝土結(jié)構(gòu)保溫性能及強(qiáng)度的數(shù)值模擬.pdf

1、建筑能耗在我國(guó)總的能耗中占了相當(dāng)大的比重，加之我國(guó)大部分地區(qū)屬于冬冷夏熱的區(qū)域，建筑冬季采暖與夏季制冷更進(jìn)一步消耗了大量能源。從經(jīng)濟(jì)環(huán)保的角度考慮，采用預(yù)埋鋼管式混凝土結(jié)構(gòu)的建筑可以提高能源的利用效率，在完成節(jié)能減排工作的同時(shí)改善室內(nèi)的空氣居住環(huán)境。預(yù)埋鋼管式混凝土是在普通混凝土結(jié)構(gòu)中埋設(shè)鋼管，通過(guò)在鋼管中循環(huán)地下水實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。其工作機(jī)理是：夏季，用相對(duì)低溫的地下水帶走多余的熱量；冬季，用相對(duì)高溫的地下水來(lái)補(bǔ)充熱量，從而維持室內(nèi)合適的

2、溫度。研究節(jié)能型預(yù)埋鋼管式混凝土結(jié)構(gòu)的保溫性能及強(qiáng)度對(duì)于分析其工作效果以及安全性，進(jìn)而促進(jìn)其工程應(yīng)用具有重要意義。
　　本文研究工作主要基于大型商用有限元軟件ABAQUS，對(duì)預(yù)埋鋼管式混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，進(jìn)而研究其保溫性能和強(qiáng)度。首先研究預(yù)埋鋼管式混凝土結(jié)構(gòu)的節(jié)能保溫性能，通過(guò)模擬計(jì)算對(duì)比預(yù)埋鋼管式和普通混凝土結(jié)構(gòu)在夏冬兩季保溫性能的差異，得出預(yù)埋鋼管式混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的保溫性能：在夏季可以有效降溫，冬季可以提高室內(nèi)溫度，火災(zāi)發(fā)

3、生時(shí)可以延緩室內(nèi)升溫時(shí)間。
　　針對(duì)預(yù)埋鋼管式混凝土結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)性能進(jìn)行了研究，模擬了不同的環(huán)境溫度、混凝土孔隙率以及孔隙保水狀態(tài)下，預(yù)埋鋼管混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的最大熱應(yīng)力、危險(xiǎn)區(qū)域以及溫度梯度分布情況。結(jié)果表明混凝土表層孔隙周邊的熱應(yīng)力最高，熱應(yīng)力水平隨混凝土孔隙率以及孔隙飽和度的降低而降低，熱應(yīng)力在孔隙干燥時(shí)比飽水狀態(tài)下降低了10～15％。
　　為了分析預(yù)埋鋼管式混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，建立了包含考慮孔隙影響的混凝土有限元模型，采用

4、了擴(kuò)展有限元方法，對(duì)于三點(diǎn)彎曲混凝土梁，模擬分析了梁中的裂紋萌生、擴(kuò)展直至破壞的全過(guò)程。計(jì)算結(jié)果表明孔隙的存在會(huì)影響混凝土裂紋的擴(kuò)展路徑，在裂紋附近的孔隙會(huì)導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展路徑發(fā)生偏移，偏移效應(yīng)隨孔隙尺寸的增大而更為顯著。
　　基于混凝土塑性損傷本構(gòu)理論，使用蒙特卡羅方法建立了包含隨機(jī)孔隙的混凝土模型，模擬分析了預(yù)埋鋼管式混凝土結(jié)構(gòu)的損傷特性。結(jié)果表明孔隙會(huì)加劇混凝土剪切帶上的損傷演化，鋼管則起到了強(qiáng)化作用，有效地降低了剪切帶的損傷程