【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(qiáng)、經(jīng)久耐用、價(jià)格便宜等眾多優(yōu)點(diǎn)外，還具有獨(dú)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(yáng)光等，同時(shí)由于它堅(jiān)固、適用性強(qiáng)，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(duì)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(duì)自由膨脹所施加的限止，會(huì)使玻璃板產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。而我國(guó)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(jì)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(jì)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(duì)玻璃幕墻工程設(shè)計(jì)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(gè)方面： 1、通過(guò)對(duì)建筑幕墻溫度場(chǎng)進(jìn)行分類，根據(jù)溫度場(chǎng)具體情況采取不同的計(jì)算方法。對(duì)于玻璃板中部與板邊緣之間的溫度場(chǎng)采用有限單元法分析；對(duì)于沿玻璃板厚度方向的溫度場(chǎng)，認(rèn)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(chǎng)分布，并給出了夾層玻璃板彎曲溫度場(chǎng)的解析式。 2、通過(guò)有限元軟件對(duì)夾層玻璃板熱應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值模擬和研究。對(duì)于己知的溫度場(chǎng)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(wèn)題，并探討了面板的邊界條件、長(zhǎng)寬比及夾芯PVB對(duì)夾層玻璃板熱應(yīng)力性能的影響；對(duì)于溫度場(chǎng)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(chǎng)分布及熱應(yīng)力，在無(wú)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(diǎn)，在文獻(xiàn)對(duì)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(gè)廣義位移分量表示的熱彎曲平衡微分方程，采用Navier方法對(duì)四邊簡(jiǎn)支矩形夾層板的熱彎曲問(wèn)題進(jìn)行分析，提出了適合工程計(jì)算又有相當(dāng)精確度的計(jì)算式。通過(guò)有限元軟件ANSYS中不同的單元對(duì)算例進(jìn)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(jì)算式外形簡(jiǎn)單且具有一定精度，可方便為工程設(shè)計(jì)提供參考。　　共64頁(yè)

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