新型无机纳米发泡材料组合屋面板的研究与开发

摘要

自上个世纪七十年代世界金融危机出现以来，各国相继进行了能源的综合开发和利用工作，在建筑行业出现了许多新型的建筑材料来适应建筑保温节能的要求。对于能源相对短缺的中国来说，建筑节能更是势在必行。与同纬度的许多发达国家相比，我国单位建筑面积采暖能耗是他们的三倍左右。为此，我国正在大力开展建筑节能方面的科学研究，发展新的建筑节能技术，采用新的节能材料，开发各种高效保温材料。同时，为了减少承重结构的截面尺寸、节约钢材，各种轻型屋面材料应运而生。本新型无机纳米发泡材料组合屋面板就是在这种背景下研制开发出来的，通过组合屋面板上层无机纳米发泡材料轻质多孔的特点实现组合屋面板的保温和减小自重的功能，同时通过下部钢板和钢边框保证其具有一定的承载力和安全度。 本文以这种新型无机纳米发泡材料组合屋面板为研究对象，主要目的是通过试验与理论分析，建立有效的有限元分析模型，使其能够反映出组合屋面板的力学性能，并能有效的指导二次设计。 首先对无机纳米发泡材料进行了系统的试验研究，总结了无机纳米发泡材料的力学和物理性质，并制作了六块常用板型组合屋面板，通过承载力试验测量其在不同荷载作用下的力学表现。 随后建立了该组合屋面板的相关有限元模型，通过计算分析了组合屋面板在理论条件下的力学性能表现，并与组合屋面板力学性能试验值相对比，说明了该有限元模型能够很好的模拟组合屋面板的力学性能表现，并进一步研究其极限承载力以及极限状态。 最后，在前面有限元模型的基础上，通过改变组合屋面板跨度、钢边框高度、钢边框钢板厚度等参数对承载力以及变形的影响进行了分析，并综合考虑了材料成本、自重以及实现难度等方面因素后，归纳出了组合屋面板二次设计流程图。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1钢与混凝土组合结构

1.2工业厂房屋面板

1.3新型无机纳米发泡材料组合屋面板

1.4本文的研究思路与工作内容

第2章无机纳米发泡材料试验研究

2.1无机材料试验内容

2.2试验数据及分析

2.3试验数据结论

2.4本章小结

第3章组合屋面板承载力试验

3.1引言

3.2试验概况

3.3试验方案

3.4试验结果与分析

3.5本章小结

第4章组合屋面板有限元分析

4.1组合屋面板的有限元模型

4.1.1基本假定

4.1.2问题的非线性性质

4.1.3材料本构关系

4.1.4模型单元选择

4.1.5模型网格划分

4.1.6有限元模型的约束

4.1.7有限元模型的加载

4.2组合屋面板模型的受力分析

4.2.1试件B1的分析结果

4.2.2试件B2的分析结果

4.2.3试件B3的分析结果

4.3本章小结

第5章影响承载力性能的参数分析

5.1组合屋面板跨度

5.2组合屋面板钢边框高度

5.2.1改变上边框高度

5.2.2改变下边框高度

5.3组合屋面板钢边框钢板厚度

5.4组合屋面板下层钢板厚度

5.5组合屋面板无机纳米发泡材料层厚度

5.6组合屋面板二次设计

5.7算例

5.8本章小结

结论与展望

主要结论

进一步工作

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢