【碩士】建筑幕墻夾層玻璃熱應(yīng)力分析及其有限元模擬

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　　【學(xué)位年度】2008　　【摘要】　　 夾層玻璃是一種新興建筑結(jié)構(gòu)材料，它與一般的建材玻璃相比，除了不褪色、光亮鑒人、抗風(fēng)化性強、經(jīng)久耐用、價格便宜等眾多優(yōu)點外，還具有獨特的多功能特性，如安全性、保安性、保溫節(jié)能、控制噪音、調(diào)節(jié)陽光等，同時由于它堅固、適用性強，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。 建筑幕墻玻璃板固定于建筑物室內(nèi)外不同溫度區(qū)域的界面，針對幕墻工程中溫度劇烈變化的玻璃板，玻璃板中部與板邊緣之間及板厚度方向上均有一定的溫度梯度，且邊界條件對自由膨脹所施加的限止，會使玻璃板產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。而我國現(xiàn)行《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》(JGJ 102-2003)在其面板設(shè)計中僅考慮了風(fēng)荷載和地震荷載的作用，未考慮溫度變化的影響。在風(fēng)荷載和溫度荷載都較大的情況下，玻璃面板的設(shè)計是偏于不安全的，因此精確分析幕墻玻璃板在風(fēng)荷載和溫度荷載共同作用下受力狀況，對玻璃幕墻工程設(shè)計有著重要意義。 本文的主要工作和取得的成果包括以下幾個方面： 1、通過對建筑幕墻溫度場進行分類，根據(jù)溫度場具體情況采取不同的計算方法。對于玻璃板中部與板邊緣之間的溫度場采用有限單元法分析；對于沿玻璃板厚度方向的溫度場，認為溫度變化沿板厚度方向呈線性分布或分段線性分布，根據(jù)熱傳導(dǎo)微分方程及邊界條件，推導(dǎo)單層板與多層板穩(wěn)態(tài)傳熱的溫度場分布，并給出了夾層玻璃板彎曲溫度場的解析式。 2、通過有限元軟件對夾層玻璃板熱應(yīng)力進行數(shù)值模擬和研究。對于己知的溫度場分布的情況，采用在結(jié)構(gòu)分析中直接定義溫度載荷法分析了夾層玻璃板的熱應(yīng)力，在ANSYS軟件中，SHELL181、SOLSH190單元很好模擬了復(fù)合材料夾層玻璃板熱應(yīng)力問題，并探討了面板的邊界條件、長寬比及夾芯PVB對夾層玻璃板熱應(yīng)力性能的影響；對于溫度場分布未知的情況，分別采用直接和間接有限元熱力耦合分析夾層玻璃板的溫度場分布及熱應(yīng)力，在無高度非線性的熱-力耦合情況下，兩種方法分析結(jié)果吻合很好。 3、基于Hoff夾層板理論，并結(jié)合夾層玻璃薄板變形特點，在文獻對夾層玻璃板基本假定的基礎(chǔ)上考慮熱彈性變形作用，建立了以三個廣義位移分量表示的熱彎曲平衡微分方程，采用Navier方法對四邊簡支矩形夾層板的熱彎曲問題進行分析，提出了適合工程計算又有相當(dāng)精確度的計算式。通過有限元軟件ANSYS中不同的單元對算例進行數(shù)值模擬，結(jié)果表明解析解與數(shù)值解吻合很好。提出的計算式外形簡單且具有一定精度，可方便為工程設(shè)計提供參考。　　共64頁

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