建筑围护结构热湿耦合传递特性实验研究与分析

建立了多层墙体热湿耦合传递的实验测试方法,测试了长沙地区1月份和7月份空调房间外墙体内的温湿度分布情况.分析了热湿气候地区墙体内湿传递和积累的情况,以及不同内表面情况对墙体热湿性能的影响.实验结果表明:靠近室外侧水泥砂浆与红砖界面处的温度、湿度严重受室外温、湿度变化的影响,且此界面处的湿度长期高于80%,易引发霉菌的生长;靠近室内侧红砖与水泥抹灰界面处的温度、湿度主要受室内温、湿度的影响,变化较小;在夏季,内表面贴发泡塑料墙纸的墙体内各界面处的温、湿度普遍比没贴墙纸的墙体内相应位置处的要高;在冬季,两墙体内界面处的温度基本相同,但没贴墙纸的墙体内各界面处的湿度比内表面贴有发泡塑料墙纸的墙体要略高.同时,墙体内的温、湿度变化存在着很强的耦合作用,并且太阳辐射强度对墙体内的温、湿度分布有很大的影响.

Budaiwi模型的修正及实验验证

在Fourier定律和Fick定律的基础上,考虑墙体内部相变及太阳辐射的影响,以墙体中的空气含湿率和温度为驱动势对Budaiwi模型进行了修正,弥补了质传递方程中的遗漏之处。为了验证模型的正确性,建立了一个实验装置测试实际气候条件下墙体内的温度和相对湿度,并将实验结果跟模型预测结果进行了对比,模型预测结果跟试验测试结果吻合良好。室外侧分界面处的空气相对湿度平均误差为4.44%,平均温度偏差为1.31 K,室内侧分界面处的空气相对湿度平均偏差为6.3%,平均温度偏差为1.26 K。该改进模型能较精确的预测墙体内的热湿耦合迁移情况。

冬季双层皮幕墙不同运行模式节能研究

介绍了冬季双层皮幕墙(double skin facades,DSF)的两种运行模式。用能量平衡法模拟了这两种模式幕墙的热性能,然后介绍了通过DSF的得热量的计算方法;并用冷辐射系数法将得热量转化为室内负荷。以长沙地区某DSF为算例对其在冬季工况下的累计负荷进行了模拟,提出了一种优化的DSF冬季运行模式;计算结果表明该模式比封闭的DSF节能10%。

预制装配式组合梁栓钉连接件构造优化与安装误差影响试验研究

为对一种预制装配式钢-混凝土组合梁栓钉抗剪连接件的构造设计方法和施工安装误差影响进行深入研究,完成了18个预制装配式栓钉连接件和2个普通现浇栓钉连接件的静力推出试验。在优化预制孔填料强度等级的基础上,主要研究栓钉直径、孔径比(预留孔径和栓钉直径的比值)和施工安装误差对预制装配式栓钉连接件破坏形态、抗剪承载力、抗剪刚度及抗滑移性能的影响规律。试验结果表明:连接件的破坏形态为仅栓钉剪断或伴随混凝土开裂的栓钉剪断,安装误差对抗剪刚度影响较大,对抗剪承载力和极限滑移影响很小。提出了可保证连接件抗剪力学性能稳定并消除安装误差对抗剪承载力和极限滑移不利影响的构造设计方法,即填料强度等级和合理的孔径比工程实用范围。EC4、AISC、GB和CSA等规范中的栓钉连接件抗剪承载力计算公式均可偏于安全地预测所提出的预制装配式栓钉连接件的抗剪承载力,试验和所提构造设计方法可为相关研究与规范编制提供参考。

高温后钢管混凝土抗多次冲击力学性能试验研究

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置进行常温和高温后(100℃,300℃,500℃和700℃)钢管混凝土多次抗冲击性能试验研究,通过测量试件的应变时程曲线和应力时程曲线,分析其高温后的抗冲击动力特性.试验结果表明,高温后钢管混凝土经历多次冲击后无明显强度劣化,仍具有良好的抗多次冲击力学性能,适合做为抗火灾倒塌与军事上抗高温和重复爆炸、冲击作用的结构。

防撞柱实车碰撞性能研究

针对目前防撞柱研究只停留于软件分析问题,详细介绍研发的结构防撞实验设施及利用该设施完成的钢管混凝土防撞柱系统实车碰撞试验。试验用撞击卡车加配重总重6.8 t,发生撞击时速度约12 m/s,卡车货厢前沿未穿过碰撞前的防撞柱内侧边缘即被完全阻止,符合规定[6]的防撞柱K4等级要求。对防撞柱进行静力推覆对比试验,获得防撞柱荷载-挠度曲线,并据此对碰撞试验的能量转换进行分析。获得卡车与柱状物撞击时卡车前部变形刚度系数及最大撞击力计算公式,并提出防撞柱的简化设计方法。

水灰比对高温下混凝土力学性能影响试验研究

采用高温抗压试验炉进行水灰比对高温下混凝土轴压力学性能影响试验,用FEIQUANTA 2000环境扫描电镜观测高温后混凝土结构的典型微观结构,主要研究水灰比对不同温度下混凝土的抗压强度、弹性模量和峰值应变等力学性能指标的影响规律。结果表明,水灰比对高温下混凝土的力学性能有着显著影响,不同水灰比的混凝土经历了低温区（20~200℃）的强度衰减和随后的强度明显恢复（200~400℃）,随着温度升高（〉400℃）,强度又出现大幅下降。

环口板加强后T型管节点落锤抗冲击试验研究

针对管节点抗冲击性能比较差的特点,工程常采用在主管和支管相贯区域焊接环口板的方法进行加强。以环口板加强和未加强的T型管节点为研究对象,进行落锤抗冲击比较试验研究。通过比较两类管节点的破坏模态和变形发展规律,并分析其冲击力、位移和应变时程曲线以及荷载-位移关系曲线,揭示环口板加强后管节点的抗冲击工作机理和冲击过程中的能量转换规律。研究成果可为正确评估该类管节点抗冲击性能和制定合理加固方法提供可靠的试验数据和设计建议。

一种新型木结构墙体的热湿性能分析

以多孔介质传热传质学为基础,以墙体内的空气含湿率和温度为驱动势建立了多层墙体中的一维瞬态热湿耦合传递方程.以长沙地区为例,分析了我国南方热湿气候地区一种新型木结构墙体的热湿分布规律.分析结果表明,在热湿气候地区推广应用该墙体需要注意玻璃纤维内部冷凝问题,并提出了解决办法.

有约束应力高温全过程后混凝土轴压力学性能试验研究

采用高温抗压试验炉进行了有约束应力作用下混凝土在经历升温、降温及冷却全过程作用后的轴压力学性能试验研究,主要研究约束应力水平和温度等级对升降温及冷却全过程中的混凝土高温变形特性与高温后混凝土强度、弹性模量和应力-应变关系等性能的影响规律。结果表明:约束应力使混凝土产生明显的残余压缩变形,且对高温后混凝土抗压强度和弹性模量有显著影响;无约束应力高温后混凝土的抗压强度随着温度的升高经历低温衰退、强度恢复、高温衰退3个阶段,n≤0.4时有约束应力混凝土也表现出相同的规律;约束应力可提高高温后混凝土的弹性模量,但其值仍明显低于常温弹性模量;有约束应力高温全过程后混凝土破坏突然,明显变脆。

变风量空调系统控制优化方法研究

提出了'总风量-阀位控制法'和'最大负荷率-最小风量法'分别优化变风量空调系统送风静压和送风温度,并应用到一座实际建筑的变风量空调系统中.建立了变风量空调风系统模型,利用TRNSYS对大楼典型层风系统进行模拟,用实测数据验证模型正确性,模拟分析了典型日变风量系统优化前后的风机能耗.模拟结果表明,与定静压定送风温度的原控制方法相比,优化控制能节约风机能耗,在部分负荷下效果尤为明显,冬季和过渡季试验日的节能率分别为19.38%和15.58%.对2种控制方法下的全年能耗和室内热舒适性进行了试验对比测试,结果表明,全年的节能率为7.16%,而且室内热舒适性得到显著提高.

降温方式对高温后钢筋混凝土短柱轴压力学性能的影响

采用高温抗压试验炉对有轴压荷载作用的钢筋混凝土短柱在升温、降温及冷却作用后的轴压力学性能进行试验研究,主要研究降温方式对经历不同温度等级的有轴压荷载钢筋混凝土短柱的高温变形特性、高温后轴压承载力、轴压刚度和延性等力学指标的影响规律.结果表明:不同降温方式下轴压荷载使试件产生明显的残余压缩变形,且对高温后的极限承载力、轴压刚度和延性有显著影响;降温方式显著影响高温后钢筋混凝土轴压力学性能,其中浇水降温的影响最为显著.

狗骨式钢结构梁柱节点的冲击荷载试验研究和有限元分析

设计采用FEMA标准过焊孔构造的2个削弱型狗骨式全焊连接的钢结构梁柱节点试件,对试件施加落锤冲击荷载来模拟结构的动态倒塌效应,考察狗骨式节点削弱程度对钢框架梁柱节点抗冲击性能的影响。通过试验获得节点试件的破坏形态及其冲击荷载和位移时程曲线,分析试件冲击过程动态响应规律以及节点动态转角和耗能能力。试验结果表明:节点试件的主要破坏形态是钢梁塑性铰截面上翼缘屈服的面外变形和腹板扭曲变形;2个节点试件均具有良好的抗冲击转动能力,其最大转角均远远超过FEMA350标准抗震设计的转角限值(θ=0.077 rad)要求;削弱型狗骨式全焊连接节点相对普通全焊接节点的耗能能力和延性均明显提高。采用ABAQUS软件建立了狗骨式梁柱节点子结构的有限元分析模型,通过分析狗骨式梁柱节点在冲击作用下内力发展规律可知,狗骨式节点设计有助于构件向悬链线效应转换。

变风量空调系统不同控制方法下的实测分析

对香港地区某办公建筑变风量(VAV)空调系统控制方法进行改造,在冬季及夏季分别选取两天,现场分别采用定静压定送风温度控制方法和改造后的变静压变送风温度控制方法进行测试。比较了两种控制方法下系统的运行情况。引入输送系数评价节能效果,采用ADPI值评价室内热舒适性。结果表明,采用变静压变送风温度控制方法后室内热舒适性得到明显提高,且变静压变送风温度控制方法在部分负荷下节能效果较为明显。

热湿气候地区木结构墙体霉菌污染评估及控制措施

根据霉菌生长的临界条件,在对墙体进行详细热湿性能分析的基础上,建立了木结构中最大可能霉菌生长指数模型。提出了基于预防霉菌生长的墙体最小热阻的确定方法。以长沙地区为例,分析了我国南方地区一种新型木结构墙体中胶木层的霉菌生长情况。结果表明,在靠近室内侧的表面,由于湿度过高引起霉菌大量生长。该墙体要在热湿气候地区推广应用需合理的设计室内产湿率和除湿率之间的平衡关系。

钙质骨料混凝土抗压强度的高温损伤机理

研究了高温后钙质骨料混凝土（C30）残余抗压强度的变化规律，同时借助热重试验、扫描电镜试验和压汞试验对与钙质骨料混凝土同水灰比和经历相同高温冷却条件处理的硬化水泥浆（HCP）进行了微观试验研究．结果表明：HCP在中低温段（100～300℃）的二次水化反应对钙质骨料混凝土在该温度区段的残余抗压强度有很大影响．钙质骨料混凝土高温后残余抗压强度和高温后HCP孔隙率之间具有良好的负相关性．

高温降温阶段混凝土轴压力学性能的试验研究

利用普通压力机和特制高温炉进行了混凝土在高温降温阶段的轴压力学性能试验研究,试验测试了混凝土在经历升温、降温和恒温过程中的高温变形特性和经历高温再降温过程中的高温抗压强度。试验结果表明,混凝土的高温变形特性和以往文献规律相同,降温阶段的抗压强度虽有一定程度的波动,但总体上波动范围较小,降温阶段高温抗压强度值基本与其所遭受的最高温度下的抗压强度值相当。

Q345钢材和Ⅱ级对接焊缝动态拉伸试验研究

对两种不同厚度的Q345钢材和Ⅱ级对接焊缝连接件分别进行了落锤冲击动态拉伸试验,并与相同规格钢材试件静态拉伸试验结果进行了对比,研究了应变率对钢材和对接焊缝的破坏形态、屈服强度、极限强度及伸长率等动态拉伸力学性能指标的影响规律。试验结果表明,钢材在动态拉伸时表现出脆性断裂破坏趋势;对接焊缝连接件的破坏发生在母材区,焊缝保持完整,因此II级及以上对接焊缝试件的强度和延性可视为与母材相同。与静力拉伸试验结果相比,10mm厚钢材的伸长率稍有增大,断面收缩率变化不大;18mm厚钢材的伸长率变化不大,断面收缩率明显减小。随着应变率的增大,两种厚度钢材的屈服强度和极限强度有一定程度的提高,而伸长率和断面收缩率有降低的趋势。

钢框架梁柱节点子结构抗冲击力学性能有限元仿真研究

基于有限元软件ABAQUS对钢框架节点(全焊节点和栓焊节点)进行了非线性动态响应数值仿真模拟分析,模型合理考虑了螺栓预紧力、接触、非线性大变形及应变率效应等因素。采用该模型模拟梁柱节点子结构抗冲击试验,分析结果表明,采用显示求解器可获得较好精度和稳定性,有限元模拟的破坏模态、冲击力和位移时程曲线等结果与试验结果吻合良好。在大变形下过焊孔趾部是节点应力集中最显著的部位,是整个构件破坏的起始点。通过仿真分析,可获得梁柱节点子结构在冲击荷载作用下的动态响应和内力发展过程,该数值分析方法为深入研究钢结构抗倒塌工作机理并为合理评估其抗倒塌变形和耗能能力提供依据。

变风量空调风系统控制优化与模拟

提出采用送风静压和送风温度优化控制方法实现对空气处理机组优化控制的策略。以一栋实际建筑为例,对其变风量空调风系统进行了优化,利用TRNSYS对标准层的风系统建立了仿真模型,用于计算变风量系统优化控制前后的风机能耗,用实测数据验证了该模型的可靠性。以现场采用的优化控制后的送风量和静压设定值作为变风量模型的输入参数,在冬季实验日工况下,标准层优化控制后的节能率模拟结果为19.38%,整个建筑实测节能率为27.88%,表明该优化控制方法能有效减少风机能耗。