節(jié)能型預埋鋼管式混凝土結構保溫性能及強度的數值模擬.pdf

1、建筑能耗在我國總的能耗中占了相當大的比重，加之我國大部分地區(qū)屬于冬冷夏熱的區(qū)域，建筑冬季采暖與夏季制冷更進一步消耗了大量能源。從經濟環(huán)保的角度考慮，采用預埋鋼管式混凝土結構的建筑可以提高能源的利用效率，在完成節(jié)能減排工作的同時改善室內的空氣居住環(huán)境。預埋鋼管式混凝土是在普通混凝土結構中埋設鋼管，通過在鋼管中循環(huán)地下水實現節(jié)能效果。其工作機理是：夏季，用相對低溫的地下水帶走多余的熱量；冬季，用相對高溫的地下水來補充熱量，從而維持室內合適的

2、溫度。研究節(jié)能型預埋鋼管式混凝土結構的保溫性能及強度對于分析其工作效果以及安全性，進而促進其工程應用具有重要意義。
　　本文研究工作主要基于大型商用有限元軟件ABAQUS，對預埋鋼管式混凝土結構進行建模，進而研究其保溫性能和強度。首先研究預埋鋼管式混凝土結構的節(jié)能保溫性能，通過模擬計算對比預埋鋼管式和普通混凝土結構在夏冬兩季保溫性能的差異，得出預埋鋼管式混凝土結構具有良好的保溫性能：在夏季可以有效降溫，冬季可以提高室內溫度，火災發(fā)

3、生時可以延緩室內升溫時間。
　　針對預埋鋼管式混凝土結構的熱力學性能進行了研究，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，預埋鋼管混凝土結構內的最大熱應力、危險區(qū)域以及溫度梯度分布情況。結果表明混凝土表層孔隙周邊的熱應力最高，熱應力水平隨混凝土孔隙率以及孔隙飽和度的降低而降低，熱應力在孔隙干燥時比飽水狀態(tài)下降低了10～15％。
　　為了分析預埋鋼管式混凝土結構的強度，建立了包含考慮孔隙影響的混凝土有限元模型，采用

4、了擴展有限元方法，對于三點彎曲混凝土梁，模擬分析了梁中的裂紋萌生、擴展直至破壞的全過程。計算結果表明孔隙的存在會影響混凝土裂紋的擴展路徑，在裂紋附近的孔隙會導致裂紋擴展路徑發(fā)生偏移，偏移效應隨孔隙尺寸的增大而更為顯著。
　　基于混凝土塑性損傷本構理論，使用蒙特卡羅方法建立了包含隨機孔隙的混凝土模型，模擬分析了預埋鋼管式混凝土結構的損傷特性。結果表明孔隙會加劇混凝土剪切帶上的損傷演化，鋼管則起到了強化作用，有效地降低了剪切帶的損傷程