建筑节能玻璃幕墙温度应力研究

【摘要】：节能幕墙与传统幕墙很大不同在于温度场的分布和温度应力的不同。传统单层玻璃幕墙温度场均匀分布,这与现行规范中的温度场计算假设相符,但是节能型玻璃板在内部具有较大的温度梯度,若按照均温假设进行计算则会造成较大的温度应力误差。当前研究对节能型玻璃温度场研究相对较多,而对于在温度梯度作用下板内温度应力研究不够充分。为此,分析节能玻璃温度场及在温度梯度下温度应力分布规律具有重要的理论意义和工程实际应用价值。 本文是在KGE科学研究基金(200803)的资助下完成的,主要研究了中空玻璃、夹层玻璃温度梯度的分布规律及相应的温度应力分布,论文完成的工作及成果有: 使用流体力学计算软件CFX分析了中空及夹层玻璃温度场。本文使用求解二阶偏微分方程的方法,并对边界条件分情况讨论,得到温度场分布理论解,同时利用有限差分法得到温度场解析计算式。将有限元计算结果与公式计算结果进行比较,证明公式能较好的反映在能量输入条件下玻璃板温度场分布。 通过试验设计获得了玻璃板温度应力分布规律。试验设计中考虑玻璃板厚和中空层厚度对于温度场分布和温度应力分布的影响,研究了夹层玻璃与中空玻璃温度场的不同。本文利用生死单元和理想气体状态方程模拟在温度梯度下中空层内气压大小,并利用试验结果确定有限元迭代计算中的温度修正系数的数值,使有限元计算程序更具有通用性,并根据有限元程序计算了夹层玻璃等效热膨胀系数及中空玻璃板内应力。 本文所得数据、方法和结论均可为工程设计提供参考依据,也为在研究温度梯度下温度应力的分布规律定了基础。 【关键词】：节能玻璃板 温度梯度 等效热膨胀系数 中空玻璃板内压力分布
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TU382;TU311
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 引言9-24
• 1.1. 建筑玻璃幕墙应用及节能方式9-13
• 1.1.1 玻璃幕墙分类9-10
• 1.1.2 玻璃幕墙热传递方式10-11
• 1.1.3 玻璃幕墙节能措施11-13
• 1.2. 建筑节能玻璃幕墙温度效应研究现状13-22
• 1.2.1 建筑节能玻璃板热工性能13-14
• 1.2.2 建筑节能幕墙温度场研究14-16
• 1.2.3 中空玻璃在温度荷载作用下温度应力及板内应力16-17
• 1.2.4 夹层玻璃在温度荷载下承载性能17-22
• 1.3 本文工作22-24
• 1.3.1 本文研究方法及内容22-23
• 1.3.2 论文结构安排23-24
• 第2章 中空及夹层玻璃温度场、温度应力研究24-37
• 2.1. 前言24
• 2.2. 夹层玻璃温度场及温度应力24-32
• 2.2.1 温度场有限元模型及理论基础25-26
• 2.2.2 夹层玻璃温度场分析26-27
• 2.2.3 夹层玻璃温度应力分析27-32
• 2.3 中空玻璃温度场分析32-35
• 2.3.1 温度场有限元模型32-33
• 2.3.2 中空玻璃传热系数33-34
• 2.3.3 夹层玻璃温度场分析34-35
• 2.4 本章小结35-37
• 第3章 点支式玻璃温度应力理论计算方法37-58
• 3.1 前言37
• 3.2 辐射作用玻璃板温度场公式计算37-46
• 3.2.1 温度场计算分解37-39
• 3.2.2 Z 向边界温度场计算39-41
• 3.2.3 X、Y 向边界温度场计算41-45
• 3.2.4 辐射作用玻璃板温度分布计算结果对比45-46
• 3.3 平面应力计算点支式玻璃板温度应力场46-48
• 3.3.1 温度应力计算公式46-47
• 3.3.2 温度应力计算边界条件47-48
• 3.4 有限差分法计算玻璃板温度应力48-56
• 3.4.1 有限差分法计算温度应力公式48-51
• 3.4.2 有限差分法温度应力结果比较51-52
• 3.4.3 有限差分法计算温度场52-56
• 3.5 本章小结56-58
• 第4章 点支式玻璃板温度应力试验研究58-81
• 4.1 前言58
• 4.2 温度应力试验标定方法58-67
• 4.2.1 应变片测量应力的原理58-59
• 4.2.2 应变片测量温度应变59-61
• 4.2.3 有约束情况下的温度应变61-62
• 4.2.4 试验标定应变片参数62-67
• 4.3 中空及夹层玻璃板温度应力试验研究67-78
• 4.3.1 试验装置67-71
• 4.3.2 试验温度荷载71
• 4.3.3 温度场试验结果71-72
• 4.3.4 夹层玻璃温度应力试验结果72-73
• 4.3.5 中空夹层玻璃试验结果73-75
• 4.3.6 中空玻璃试验结果75-78
• 4.4 中空玻璃空气层有限元模拟78-79
• 4.4.1 有限元计算程序78
• 4.4.2 有限元计算结果与试验结果比较78-79
• 4.4.3 b 取值79
• 4.5 本章小结79-81
• 第5章 点支式玻璃板温度效应设计方法81-103
• 5.1 前言81
• 5.2 夹层玻璃板等效热膨胀系数81-90
• 5.2.1 玻璃算例81-82
• 5.2.2 方板计算结果分析82-89
• 5.2.3 长宽比对玻璃板等效热膨胀系数的影响89-90
• 5.3 中空玻璃温度梯度下板内应力90-101
• 5.3.1 算例设计90-92
• 5.3.2 温差20℃下ZBX12 试件板内压力92-98
• 5.3.3 板宽对板内压力影响98-101
• 5.4 本章小结101-103
• 第6章 结论与展望103-107
• 6.1 结论103-105
• 6.2 展望105-107
• 参考文献107-110
• 致谢110-111
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果111

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