预制混凝土夹心墙板热工性能试验研究

文章对4块预制混凝土夹心墙板的热工性能进行试验研究,通过变化连接件的种类,探索连接件对墙板热工性能的影响。试验结果表明:连接件的热桥效应明显,与无连接件的预制墙板相比,采用纤维连接件的墙板的传热系数提高8%,而采用不同金属连接件的墙板的传热系数分别提高20.9%与14.3%。因此,在实际工程应用中,采用不同连接件时,建议对墙板的相关热工性能参数进行相应折减。     

预制混凝土夹心保温墙板热工性能试验研究与模拟分析

对四块预制混凝土夹心墙板的热工性能进行了试验研究,通过改变拉结件的种类,探索其对墙板热工性能的影响,并采用有限元软件对其进行了模拟分析。结果表明:金属拉结件的热桥效应明显,与无拉结件的预制墙板相比,采用纤维拉结件的墙板的传热系数提高8%,而采用不同金属拉结件的墙板分别提高20.9%与14.3%;建议在实际工程应用中,对墙板的传热系数进行相应的放大,单位面积墙板的放大系数范围为0.71%～2.52%。     

点式连接预制混凝土夹心保温外挂墙板抗弯性能研究

开展与主体结构点式连接、同时配制GFRP连接件及钢筋桁架连接件预制混凝土夹心保温外挂墙板静力压弯试验,并利用ABQUS有限元软件建立外挂墙板抗弯计算模型,将其与试验结果进行对比。在验证了有限元分析模型准确性的基础上,对连接件的种类,连接件的布置方式、间距等影响墙板抗弯性能的主要因素进行参数化分析。分析结果表明GFRP连接件、钢筋桁架连接件的布置间距和钢筋桁架连接件的直径对墙板抗弯性能影响较大,钢筋桁架连接件的强度等级影响相对较小。     

预制夹芯墙中新型复合式连接件热桥效应分析

为了解预制夹芯墙中新型复合式连接件的热桥效应,设计制作了两片带有复合式连接件的预制混凝土夹芯墙,采用热箱-热流计法对其传热过程进行了测试,获得了墙体的内外表面温度、内表面热流密度并计算得到了其传热系数,利用有限元软件ANSYS对试验墙体展开了数值模拟,通过与试验结果对比验证了模型的合理性,此外,有限元分析得到了墙体中温度的分布规律,以及外裹尼龙对热桥效应的影响。结果表明:复合式连接件在预制夹芯墙中形成了热桥,导致墙体传热系数增大约32%;有限元模型可较好地模拟带有复合式连接件的预置夹芯墙的传热过程;复合式连接件使得墙体传热过程呈现多维效应,距离连接件越近,温度变化越剧烈,多维效应越明显;外裹尼龙可减少连接件中热量的传递,减小其热桥效应。     

预制混凝土夹心墙板热工性能模拟分析

对预制夹心墙板的热工性能进行数值模拟并分析,研究保温层的导热系数及其厚度、内外叶墙板厚度、连接件导热系数对墙板传热系数与热惰性指标的影响,结果表明,夹心保温层的导热系数与厚度对预制墙板传热系数的影响较大,混凝土层的厚度对墙板热惰性指标的影响较大。模拟结果可为预制夹心墙板的热工设计提供依据。     

预制夹芯保温墙板纤维增强复材连接件的抗拉性能试验研究

纤维增强复材(FRP)连接件是预制夹芯保温墙板内外叶连接的关键构件,其受拉性能的好坏直接影响到整体墙板的安全使用。通过对十字型纤维增强复材连接件的抗拉试验,研究其抗拉性能。试验结果表明:十字型FRP连接件抗拉承载力达到24. 6 k N,为荷载设计值的14. 39倍,具有优良的抗拉性能。在此试验基础上运用ABAQUS软件进行十字型FRP连接件有限元模拟,将抗拉试验得出的抗拉承载力、混凝土破坏形式、时间-荷载曲线等与有限元模拟结果对比,验证十字型FRP连接件有限元模拟的可靠性。结果表明:试验与有限元模拟结果误差控制值为3%,有限元模拟精确可靠。针对市面上常用的两种矩形截面FRP连接件进行参数化模拟研究,结果表明:1) 3种FRP连接件模拟受拉破坏时,均是混凝土先在连接件嵌入区域出现裂缝,然后以此区域为中心向四周发生劈裂破坏; 2) FRP连接件的中部横截面形状会影响整个连接件的受拉连接性能,矩形截面的FRP连接件受拉延性性能优于十字形截面的FRP连接件。     

装配式复合墙结构体系干式连接件传热模拟分析

为探究不同干式连接件对装配式复合墙结构体系墙板的热工影响,利用Autodesk CFD软件中的传热分析模块对两种干式连接件进行有限元传热模拟分析。结果表明在无保温情况下,盒式连接墙板在连接部位会产生热桥效应,其内表面温度显著低于墙板其他部位,盒式连接件的线传热系数达0.335 W/(m²·K);软钢板连接墙板在连接部位同样会产生热桥效应,但影响程度不及盒式连接件。通过模拟分析在不同保温层厚度的情况下盒式连接件部位的内表面温度变化得出：外覆保温层可显著降低盒式连接件的热桥效应,当采用厚度为100 mm的EPS保温层时,盒式连接件内表面温度为16.41℃,与墙板内加气混凝土砌块的温差缩小至0.76℃,盒式连接件的线传热系数也下降至0.004 W/(m²·K),此时盒式连接件对墙板主体部位热工性能几乎无影响。     

再生骨料混凝土复合保温砌块的热工性能模拟

提出了EPS/XPS复合再生骨料混凝土保温砌块的的设计方法,并通过ABAQUS有限元软件进行数值模拟,分析了不同保温材料砌块和墙体的热工性能并与试验测试值进行对比。结果表明：ABAQUS有限元模拟软件具有较高的准确性,采用有限元热流法计算砌块的热阻值要比传统理论方法更为简便和准确,XPS保温砌块的热阻值要比EPS保温砌块高4.9%,在考虑灰缝影响系数为1.25的情况下,数值模拟得到的XPS保温墙板的传热系数为0.40 W/（m·K）,与热箱试验实测值仅存在6%的偏差。     

预制聚苯乙烯混凝土墙板抗风承载力试验及数值模拟

在墙板保温与结构一体化的大背景下,研发便于工业化生产的高性能墙板成为预制装配式建筑研究中的重要一环。在调研及搜集资料的基础上,提出了区别于现有现浇聚苯乙烯混凝土灌浆墙板的预制聚苯乙烯混凝土墙板的概念。介绍了试验墙板的设计制作、加载方案及有限元数值模拟,并对荷载-挠度曲线的试验值和模拟值进行对比分析并得到有益结论。     

预制夹心混凝土墙板连接件性能研究

通过研究预制夹心混凝土墙板连接件不同间距、夹心保温层不同厚度的连接件末端挠度,分析连接件正常使用时受力极限状态下的变形情况,给出了连接件不同间距的夹心保温层的合理厚度。随着夹心保温层厚度的增加,连接件对墙板传热系数的影响逐渐提高;随着连接件间距的增加,连接件对墙板传热系数的影响逐渐降低。通过抗震试验,研究了满足北京80%居住建筑节能设计标准的夹心墙板连接件间距300 mm、夹心保温层厚度100 mm的抗震性能,结果表明,试件具有较好的整体工作性能,试件保温板与外叶板具有较好的整体性,试件滞回曲线均较为饱满,累计耗能随加载过程不断增大,具有较好的抗震耗能能力。     

超低能耗预制混凝土夹心保温墙板拉结件热工性能分析

试验研究了保温层厚度为250 mm夹心保温墙板的热工性能.结果表明:常规保温材料厚度为250 mm时,采用不锈钢桁架或夹形和限位拉结件组合等方式,夹心保温墙板的传热系数可以达到寒冷地区超低能耗外围护墙体的要求;相比FRP拉结件,金属拉结件会产生更大的热桥效应,对预制夹心保温墙板的传热系数有较大影响;随着拉结件传热通道的...     

Thermal performance evaluation of precast concrete three-wythe sandwich wall panels

Precast concrete sandwich wall panels are commonly constructed of two wythes of concrete separated by a layer of thermal insulation. In these two-wythe panels, solid concrete regions are often provided for embedded hardware for lifting, handling, and connections, or to provide composite action. These solid concrete regions can have a significant adverse impact on the thermal performance of the panels. This research was directed towards the development of precast concrete three-wythe sandwich wall panels with potential improved thermal and structural performance. A three-wythe panel has three concrete wythes and two insulation layers, and all three concrete wythes are connected by solid concrete regions. However, the connections between successive concrete wythes are staggered in location so that the total thermal path length through the concrete is extended.Practical panel configurations of the three-wythe panels were developed to reduce thermal bridge effects caused by regions of solid concrete. The thermal performance of the three-wythe panel was evaluated by estimating its thermal resistance (R-value) using the finite element method. It was found that, in general, the thermal performance of three-wythe panels is better than that of two-wythe panels due to the increased thermal path length through the panel.     

Structural behaviour of eccentrically loaded precast sandwich panels

Results of an experimental investigation to study the ultimate strength behaviour of precast concrete sandwich panels (PCSP) with steel truss shear connectors are reported. Six full-scale sandwich panels with variable slenderness ratio were cast and tested under eccentric loads. Deflection characteristics, variations of strains across the insulation layer, strains in shear connectors, crack appearance and propagation under increasing load were recorded and analysed. The role of the shear truss connectors in transferring load from the outer wythe (layer) to the inner and ensuring composite behaviour was also observed. Results obtained showed that all panels behaved in a fully composite manner under eccentric load till failure. The ultimate strength of the PCSPs was found to decrease non-linearly with the increase in the slenderness ratio. Because of the complex behaviour of PCSP due to its material non-linearity and the interaction between its various components, finite element analysis (FEA) was conducted. Comparison with test results indicated that the FEA closely estimate the wall strength and formulae based on reinforced concrete principles underestimate the wall strength.     

装配式钢结构复合夹芯墙板施工新技术研究及墙板性能模拟分析

针对装配式建筑受原材料配合比、配套材料、成型工艺、安装工序、结构荷载等作用,工程应用中产生裂缝的现象日益增多,对装配式建筑内隔墙板施工新技术及受力变形特性进行分析,采用有限元软件ADINA,建立水泥基复合夹芯墙板抗弯及抗剪计算模型,考虑几何非线性、材料非线性,提出计算基本假定,对水泥基复合夹芯墙板在横向均布荷载作用下抗弯及抗剪性能进行模拟,分析水泥基复合夹芯墙板的开裂荷载、极限荷载、复合墙板的荷载-挠度关系曲线及复合墙板的荷载-应变关系曲线,并将有限元分析结果与型式检验报告结果对比,验证计算模型的准确性,得出水泥基复合夹芯墙板是一种轻质高强、抗弯抗剪性能良好的内隔墙体。     

预制夹芯保温墙体FRP连接件抗剪性能加速老化试验研究

为实现预制夹芯保温墙体主体结构与围护结构同寿命,有必要开展混凝土环境下预制夹芯保温墙体纤维增强塑料(FRP)连接件的力学性能(主要是层间剪切性能)的加速老化试验研究。基于ACI 440.3R-04规定的试验方法,将30根预制夹芯保温墙体FRP连接件浸入60℃的模拟混凝土溶液中进行加速老化试验,侵蚀时间分别为3.65,18,36.5,92,183d,主要分析了侵蚀时间对FRP连接件层间剪切强度的影响。研究表明,在60℃模拟混凝土溶液环境下,FRP连接件的层间剪切强度早期退化较快,侵蚀36.5d后,退化速率逐渐变缓;侵蚀36.5d和183d后,FRP连接件的层间剪切强度分别下降了17.22%和26.89%。扫描电子显微镜(SEM)的观测表明,侵蚀后FRP连接件劣化区域内的纤维与周围树脂之间出现了明显的脱粘现象,而且随着侵蚀时间的增加这种脱粘现象更加明显。     

外挂PC复合墙板的分层装配支撑钢框架足尺振动台试验研究

为真实反映地震作用下墙板与分层装配支撑钢框架的动力协同工作性能,设计了三层足尺分层装配支撑钢框架通过柔性减震连接件外挂PC复合墙板结构模型,通过振动台试验考察其动力损伤演化机制和变形特征。研究结果表明：外挂PC复合墙板的分层装配支撑钢框架结构可以满足我国规范对于抗震安全性的要求,并且表现出损伤控制和低残余位移特性。多遇地震作用下结构和墙板完好无损;设防地震作用下结构无损,墙板微损;罕遇地震作用下结构损伤集中于柔性支撑,梁柱框架无损,墙板及连接无显著破坏;超大地震作用下梁翼缘局部进入塑性,墙板节点和墙板边缘及预埋件处有显著破坏但主体结构完好。采用柔性减震连接件外挂的PC复合墙板不会影响分层装配支撑钢框架的变形恢复能力,其相对于主体结构具有良好的变形适应性,提高了分层装配支撑钢框架的层间变形均匀性,在支撑松弛的情况下可以显著提高结构刚度,从而降低层间位移响应和扭转响应,并削弱了柔性支撑在动力作用下突然张紧产生的冲击效应。总体上,外挂PC复合墙板的分层装配支撑钢框架结构具有优良的抗震性能和震后可恢复性。     

超低能耗保温夹芯墙板金属夹形拉结件受力性能分析

为了探讨超低能耗夹芯保温外墙拉结件受力性能,分别从抗拉性能、抗剪性能、拉剪性能和对应的变形性能进行了试验研究,验证了数值模拟分析的可行性,并根据试验和模拟结果给出了拉结件的安全系数。结果表明,夹形拉结件的抗拉性能、拉剪性能的抗拉性能可以满足国内标准的可靠性要求;但抗剪性能难以满足国内标准要求;拉结件在试验中达到设计承载力时变形量均小于胶缝变形能力2.54 mm,不影响接缝性能。     

装配式夹心剪力墙结构抗震性能研究

夹心剪力墙包含夹心段和暗柱,在装配式夹心剪力墙结构中只考虑暗柱区域的竖向连接。为了研究采用不同连接形式的装配式夹心剪力墙结构的抗震性能,设计了3种连接形式,即湿式连接、干式刚性连接和摩擦耗能连接,并对3种连接形式的装配式夹心剪力墙结构进行了拟静力试验。结果表明：采用湿式连接和干式刚性连接的结构抗震性能基本一致,两者都主要依靠底层的塑性变形耗散能量;夹心构造改变了传统低矮剪力墙容易发生剪切破坏的模式,该类剪力墙主要发生弯曲变形及破坏;在采用摩擦耗能连接的结构中,混凝土结构主体在加载结束时仍保持弹性工作状态,刚度和承载力均较采用刚性连接结构的低,累积耗能未降低,摩擦耗能连接件达到了耗散地震能量和保护混凝土结构主体免遭塑性破坏的目的,底层水平缝处的连接件依靠水平缝的开合位移耗散能量,竖缝处的连接件依靠竖缝两侧墙体的相互错动位移耗散能量;采用摩擦耗能连接的结构需要额外的预应力增大其自复位能力。另外,建立了数值分析模型,采用分层壳和桁架单元分别模拟夹心剪力墙和接缝处的连接件,模拟分析的滞回曲线和主应变分布与试验结果吻合较好,该数值分析模型可用于模拟装配式夹心剪力墙结构在地震作用下的响应。     

Steel-concrete-steel sandwich composite structures subjected to extreme loads

This paper summarizes the latest research and development work on steel-concrete-steel (SCS) sandwich composite structures for the use as Arctic offshore platform, and to resist impact and blast loads. Current development of ultra-lightweight cement composite (ULCC) and a floatable structural cement composite (FSCC) to be used as infilled materials for SCS sandwich structure are presented. This paper aims to advance the application of SCS sandwich composite with the use of steel plate and lightweight concrete materials. A series of tests on lightweight SCS sandwich panels with shear connectors has been carried out. The superior performance of SCS sandwich panel is demonstrated. The results show that SCS sandwich with novel J-hook connectors is effective in preventing plate separation from concrete core, maintaining the structural integrity.