温差作用（共7篇）
温差作用 篇1
建筑外墙采用外保温时, 保温板不仅要承受夏季的高温, 还要承受冬季的严寒。夏季, 由于热量不断在保温板表面积聚, 使得保温板表面的温度可达到70~80℃;冬季, 由于外界温度比较低, 在北方, 保温板表面的温度可以低到-20~-30℃。保温板的内侧是建筑结构的墙体, 由于混凝土的导热系数很大, 可以认为墙体的温度基本为室内的温度, 在15~25℃左右, 取20℃。那么在如此大的温度差作用下, 保温板内部一定存在变化的温度场, 这些不均匀的变化使得保温板在本身的热胀冷缩的性质下产生挠曲变形或者是翘曲变形, 这些变形很可能引起保温板和墙体之间的粘结层发生破坏, 导致保温板脱落, 达不到或者是降低保温效果。
一、保温板的物理参数
常用的保温板有挤塑聚苯板、聚苯乙烯板、岩棉板、聚氨酯硬泡板等。本文主要研究了温度差对挤塑聚苯板的影响。
XPS[1]聚苯乙烯泡沫塑料, 简称挤塑聚苯板, 其主要原料是聚苯乙烯, 在制作过程中添加多种助剂、发泡剂, 在专门挤出机中混合、熔融、加压、混炼, 经过模头挤出时, 瞬时释放压力, 这样在聚苯乙烯膜泡内, 发泡剂气化形成微小气泡被包覆, 最后冷却定型成为蜂窝状的板材。
挤塑聚苯板的物理参数包括:弹性模量、线膨胀系数、泊松比等。本文研究中主要用到了这三项, 见表1。一是弹性模量:实质上就是获得保温板的应力与应变曲线, 截取直线段取得斜率, 此斜率即为保温板的弹性模量。二是线膨胀系数:变形随着温度的改变大致成线性变化, 此线性变化的斜率即为保温板的线膨胀系数。三是泊松比:材料横向应变与纵向应变的比值的绝对值, 也叫横向变形系数, 它是反映材料横向变形的弹性常数。
二、ANSYS的计算原理
在实际工作状态中, 建筑外保温墙体处于两侧温度不同的温度场中[2]。夏季, 外部温度可达70~80℃;冬季, 保温板表面的温度可到-30℃左右;而室内的温度基本维持在20℃左右, 由此可见外墙外保温是在高达50~60℃的温差下进行工作的。这种温差在保温板和墙体之间的粘结处产生温度应力, 破坏粘结材料, 从而使保温板达不到保温作用或者是达不到相应的使用年限。
利用ANSYS进行热分析的原理:首先根据能量守恒的原理来建立热平衡方程, 然后把将要分析的结构用网格离散, 通过结点相连的方式成为近似结构, 并将结点温度作为未知数, 最后通过求解线性方程组方法计算出节点温度, 导出其他的热物理参数。保温外墙体的温度场计算热传导方程利用有限元方法计算在环境温度变化及受到太阳光辐射、空气热对流等多种热边界条件下的保温墙体内部温度场是对保温墙体进行应力分析以及进行耐久性分析的基础[3]。
在分析模型中假设墙体为均匀连续、多层复合墙体;层间紧密, 并忽略层间热阻。墙体中任何时刻t, 任意位置 (x, y, z) 处的温度T满足:
对沿墙体厚度方向的温度场的求解, 就是在给定的边界条件和时间条件下对微分方程的求解。
三、温差条件下温度场的变化
实际工程中建筑外墙外保温墙体是在温差环境中工作的。室内常年保持在20℃左右, 结构墙体导热系数大, 热量很容易在结构墙体内传递到达保温板靠近室内一侧[5]。在温差条件下, 保温板的内外两个侧面也存在这温度差, 这种温差会造成保温板发生变形, 进而会在保温板内和保温板与墙体交接处产生温度应力。利用ANSYS可以模拟出外墙外保温中保温板两侧的温差。
一般建筑外墙的高度和宽度远远大于厚度, 在温差条件下只需考虑温度延厚度方面的变化, 因此可以认为墙体温度场T和墙体厚度z之间的函数, 即:
用ANSYS进行分析时, 只需要取一部分墙体进行建模计算, 这样既可以简化分析模型, 又可以比较真实的模拟温度场的变化。在ANSYS中建立分析模型, 为了较为真实的模拟出外保温墙体内部的温度分布, 在ANSYS模型中分别建立混凝土层、保温板层以及薄抹灰层[6]。取1m×1m×0.24m的墙体作为分析模型。材料的属性见表2。
在ANSYS中建立模型, 建有三层体单元, 其中基层为混凝土层 (厚度为240mm) , 然后依次是挤塑聚苯板 (厚度为100mm) 和砂浆层 (厚度为30mm) 。在混凝土一侧施加温度边界条件20℃, 在砂浆层一侧施加温度边界条件-20℃和80℃。经分析得之, 温度在墙体中的传递基本为折线方式, 在各种材料的内部基本为线性变化。温度在混凝土和薄抹灰层的变化比较平缓, 在保温板中的变化比较大, 说明混凝土和抹灰层的导热系数大, 起不到保温的效果;保温的导热系数小, 可以很好的达到保温的效果。
在进行温差分析时, 设定系统的初始温度为20℃, 保温板与混凝土墙连接的一侧设定为固结。经计算, 不管在高温环境下还是在低温环境下, 保温板的变形随着厚度方向逐渐变大, 在和薄抹灰层交接处附近保温板的变形出现转折。原因保温板和抹灰层的有着不同的热膨胀系数, 但是在两种材料交接处要保持相同的形变, 那么保温板会出现变形量降低, 在相接处以达到变形协调。
四、结语
保温板在建筑中已广泛应用, 大大降低了能耗, 节约了能源, 保护了环境;但是也需要解决其带来的问题, 比如内外温差过大造成的保温板变形以及由于保温板变形造成的墙体开裂等问题, 这些问题都需要再进一步的研究, 然后找出解决方案, 使保温板起到等号的保温作用, 延长其使用寿命。
参考文献
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温差作用 篇2
一、温度应力对高原地区屋面防水的破坏作用
在高原地区，温度应力引起的屋面结构层及防水层材料的变形，对屋面防水有着不可忽视的破坏作用。高原地区巨大的日温差，使得屋面板各部位温变不均匀，致使高温区与低温区变形不能同步或变形受柱子、圈梁、墙体等约束时，产生较大的温度应力。当温度应力超过结构层混凝土的抗拉强度时，混凝土便开裂产生温度裂缝，结构层首先出现渗漏区域。柔性防水层的抗拉强度远低于结构层，结构层的变形也势必导致附着在其上的柔性防水屋变形、开裂，最终导致整个防水系统的失效。
美国最大的建筑公司J·A·琼斯建筑工程公司首席运营官迈克尔·T·库巴尔结合实际经验提出了99%-1%原理，即近90%的渗漏水问题都出现在仅占整个建筑物或结构外表面面积1%的细节部位[1]。屋面工程的渗漏多数发生在阴阳角、烟囱根部、落水管节点等防水层搭接接头处，这些部位是防水材料的受力薄弱部位，又是受温度应力较大且受力比较复杂的部位。迈克尔·T·库巴尔还提出了99%原理：99%的渗漏水都不是由于防水材料或系统自身的失效而发生的[1]。这些主要是由结构层因环境温度变化较大产了较大的变形，当变形值超过防水层极限应变值时或连接部位抗拉强度时，就会导致防水层断裂失效，同时温度变形也会导致结构层产生裂缝。当然嵌缝材料质量低劣，灌缝工艺控制不合理，嵌缝不均匀饱满，不能满足温度应力引起的变形产生裂缝。这些裂缝通常分布比较均匀、规则、较长，也是高原地区防水失效的重要因素之一。
二、影响屋面结构层温度裂缝宽度的因素分析
屋面防水材料如果仅仅依靠材料自身的抗裂能力是无法抵抗结构层因温度变化产生的拉应力的。因此，在高原地区的特殊气候条件下，温度变形很大的结构或者复杂的屋面，在屋面设计时不仅仅是选择标准方法，施工过程中应当针对限制基层裂缝的宽度和分布区间，做出合理的方案，避免因温度应力而导致防水层的渗漏。
关于配筋对混凝土裂缝控制的影响已被无数的工程实践证明。钢筋的合理配置能起到减小裂缝宽度，控制裂缝扩展的作用。王铁梦先生认为如进行适当配筋，钢筋将分担混凝土的内应力，从而约束混凝土的塑性变形，推迟混凝土裂缝的出现，提高了混凝土的弹性极限拉伸[2]。他提出“以适当的构造配筋控制温度收缩裂缝”的思想，并提供了齐斯克列里经验公式：
式中——配筋后，混凝土的弹性极限拉伸;
——混凝土轴心抗拉强度标准值，MPa;
——截面配筋率×100，例如配筋率=0.3%、0.6%，则=0.3、0.6;
——钢筋直径，cm，如钢筋直径d=10mm，则d=1.0。
各参数无量纲代入该经验公式。
从公式可知，减小钢筋直径和提高屋面板配筋率都可以提高混凝土的抗裂能力。如对采用C 2 0混凝土厚度为120mm的屋面板，其混凝土的抗裂强度设计值为Rf=1.54MPa，若钢筋配置为8@150，配筋后的混凝土弹性极限拉伸为=0.74×10-4，配筋后的混凝土抗裂设计强度应为[Rf]=0.7 4×1 0-4×2.55×104=1.89MPa，抗裂设计强度提高了(1.8 9-1.5 4)/1.54×100%=23%。齐斯克列里经验公式充分体现了屋面板裂缝控制“抗”的思想，具有重要的工程实践意义。在实际工程中，配筋率不变的条件下，应尽可能用小直径钢筋，减小钢筋间距。但在施工过程中，过细的楼板钢筋容易被踩弯，钢筋的保护层厚度不能得到保证。按规范要求，楼板分布钢筋直径最小选用6mm，小跨度楼板受力筋直径选用8mm，大跨度屋面板受力钢筋筋直径一般选用10mm或12mm;非受力温度分布筋以及楼板简支端钢筋间距控制在200mm，受力钢筋间距控制在150mm较为理想。
王铁梦同时指出，当温差变化比较缓慢时，计算钢筋混凝土最终极限的拉伸变形，应考虑徐变对构件的影响，即钢筋混凝土的最终极限拉伸由弹性极限拉伸和徐变拉伸两部分组成。
式中
K1、K2、K3…Kn及C0，可依据文献[2](第21～25页)提供的调整系数查得，设计中无法确定的条件取修正系数为1.0。
三、改善高原地区屋面防水性能可采取的措施
1. 采用补偿收缩混凝土结构自防水和柔性防水相结合的防水方法
补偿收缩混凝土实质上是利用混凝土自身浇筑后的膨胀来张拉钢筋，由于钢筋的弹性回缩，使混凝土获得一定预压应力，降低裂缝的产生和发展。混凝土的膨胀主要是为了补偿干燥收缩，故通常也称之为补偿收缩混凝土。对于跨度较大、面积较大的屋面应设“后浇加强带”或采用“跳仓法”施工;补偿收缩混凝土结构自防水屋面通常结合柔性防水层一起使用，既克服了刚性防水抗变形能力差易遭受反复冻融破坏的特点又弥补了柔性防水材料在高原强紫外线环境下易老化失效耐久性不好的缺点。
2. 采用倒置式屋面
倒置屋面是就是施工时先做屋面防水层，防水层施工完成后再做保温层的屋面。目前我国建筑中，屋盖绝大部分采用现浇钢筋混凝土板，倒置式屋面对降低屋面结构混凝土热应力将产生良好的效果。在受变化的室外气温、太阳辐射等影响时，由于混凝土板同时受柱子、墙壁等的约束作用，混凝土屋面板热胀冷缩，板的伸缩使得在以受约束部分为中心处产生热应力。当采用倒置式屋面时，由于受上层保温材料的作用，使得混凝土板及约束构件表面温度变化很小，将降低屋面结构的热应力，从而减小了防水层由于受屋面热应力的破坏而产生的渗漏。[3]
3. 节点部位的处理
屋面的防水层的节点部位容易受温度应力而引起防水层双向变形从而出现皱折、断裂。因此，泛水部位的防水构造，应依据泛水高度和墙体材料的不同，采用不同的收头密封形式;水落口、天沟、檐沟的防水构造要严格按照规范设计和施工。变形缝内宜填充沥青麻丝或聚胺脂泡沫填充剂，上部填衬垫材料，用卷材封严，顶部加盖金属盖板。
严格控制嵌缝的质量，选择柔韧性好、粘结力大且抗老化的品种，确保将基层清理干净、保持干燥。做好屋面防水工程的灌缝等细节检查，发现问题及时处理，从根本上防止水分的渗漏。同时，对于穿过屋面的管道等易渗处，应加铺一层卷材作为缓冲层，提高敏感部位的防水能力。
四、结语
总之，高原地区屋面防水重在预防出现过大的结构裂缝，以及因结构层断裂而引起的柔性防水层的破坏;加强节点部位的设计和施工质量要求。提高高原地区的屋面防水工程设计、施工技术水平，在很大程度上可以避免房屋出现渗、漏水的问题。高原地区的屋面防水要更加重视屋面防水体系的设计和防水工程节点部位的处理等方面，把好每一个关键环节的施工质量关，减少温度应力对高原地区屋面防水的影响，结合多种有效的措施，从而有效减少屋面渗漏的发生。
参考文献
[1].迈克尔·T·库巴尔.建筑防水手册 (原著第2版) .中国建筑工业出版社.2012.12~13
[2].王铁梦.工程结构裂缝控制.北京:中国建筑工业出版社.1997.21~25, 30~31
温差作用 篇3
内蒙地区某大型矿井选煤厂产品仓直径(内径)30 m,高约60 m,仓壁厚0.4 m,砼强度等级C40,仓底与仓壁整体浇注,仓顶设钢筋砼锥壳,仓体剖面见图1。对于此类大直径预应力钢筋混凝土圆筒仓,内外温差引起的温度内力分布范围广,而且量值较大,在仓壁的环向配筋中应予以考虑[1]。
2理论计算
矿井位于内蒙古自治区鄂尔多斯高原东部,该区冬寒时间长,夏热时间短,属于干燥的半沙漠高原大陆性气候,据有关资料,夏季最高气温达36.60 ℃(1975年),冬季最低气温为-27.90 ℃(1975年)。按照规范[2]附录三,选择冬季室外计算温度tk=-25 ℃,仓内原煤温度取ty=5 ℃。取靠近仓壁的其厚度等于仓壁厚的煤作为隔热层,按平壁结构的稳定热传导原理计算仓内外壁温差;仓壁和隔热层内、外表面吸热系数、放热系数ay=ak=20 kcal/(m2·h·℃),热传导系数λ1=1.0 kcal/( m2·h·℃) (隔热层), λc(仓壁) =1.5 kcal/( m2·h·℃),隔热层和仓壁厚h=0.4 m,μ=1/6(泊松比),αt=1×10-5(线膨胀系数),Ec=3.25×107 kN/m2(C40砼弹性模量),Kr=0.65(内外温差应力松弛系数)。
1)仓内贮满煤时,则总热阻为:
Ro=(1/20)+(0.4/1.0)+(0.4/1.5)+(1/20)=0.767;
热流量q=[5-(-25)/0.767=39.11;ty-t1=39.11×(1/20)=1.96 ℃;t1-t2=39.11×(0.4/1.0)=15.6 ℃;t2-t3=39.11×(0.4/1.5)=10.43 ℃;t3-tk=39.11×(1/20)=1.96 ℃;钢筋混凝土筒仓的内外表面温差Δt=t2-t3=10.43 ℃引起的环向弯矩
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环向弯矩会使仓壁环向受拉区产生拉力增量为
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其值约为贮料所产生的仓壁环向最大拉力2 800 kN/m(规范[3]计算值)的4.7%。
2) 仓内无煤时,则总热阻为:
Ro=(1/20)+(0/1.0)+(0.4/1.5)+(1/20)=0.367;热流量q=[5-(-25)/0.367=81.74;ty-t1=81.74×(1/20)=4.09 ℃;t1-t2=39.11×(0/1.0)=0 ℃;t2-t3=81.74×(0.4/1.5)=21.80 ℃;t3-tk=81.74×(1/20)= 4.09 ℃;钢筋混凝土筒仓的内外表面温差Δt=t2-t3=21.80 ℃引起的环向弯矩为113.4 kN·m,环向受拉区产生拉力增量为276 kN/m。计算表明:此时钢筋混凝土筒仓的内外表面温差上升到21.80 ℃,因此作用于地面以上仓壁全高的环向弯矩和竖向弯矩成倍增长,但由于仓内无煤,此弯矩不会对仓壁的配筋计算起控制作用。
3有限元模型计算
采用北京迈达斯技术有限公司提供的MIDAS/GEN[4]建立筒仓有限元模型,用薄板单元模拟筒、仓壁、漏斗,仓底框架、环梁采用梁单元模拟,有限元整体模型剖面见图2。在“荷载>温度荷载>温度梯度”模块输入内外壁温差10.43 ℃,有限元计算结果见图3、图4。
仓壁环向弯矩为60 kN·m,与理论结果54.24 kN·m很接近;仓壁中部环向拉力为0,顶部、底由于锥壳和仓底的约束出现环向拉力,分别为63 kN/m和80 kN/m,在受拉区产生的总拉力增量约为200 kN/m,其值约为贮料所产生的仓壁环向最大拉力2 800 kN/m的7.1%,设计上应加大这两处的环向钢筋。
4结语
该文主要讨论内蒙地区某大型矿井选煤厂直径30 m钢筋混凝土圆筒仓在内外温差作用下的温度效应,并将理论计算值与有限元模型计算值比较,结果表明:在仓壁中部两者很接近,其值约为贮料所产生的仓壁环向最大拉力的4.7%;仓壁整体浇筑处有限元计算值大于理论值,其值约为贮料所产生的仓壁环向最大拉力的7.1%,设计上应予以重视,加大这两处的环向钢筋。
参考文献
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温差作用 篇4
关键词：大温差,气候区划,方法,等级划分
新疆维吾尔自治区属典型的温带大陆性气候,年均降水量100 mm。气温变化大,日照时间长,降水量少,空气干燥。新疆年平均降水量为150 mm,但各地降水量相差很大。北疆山区的年降水量可达500～600 mm,而南疆的且末、若羌年平均降水量仅约10 mm,为全国降水量最少的地区。一般来说,冬季气温北疆高于南疆,夏季气温南疆高于北疆。最冷月(1月),平均气温准噶尔盆地为-20 ℃以下,该盆地北缘的富蕴县绝对最低气温曾达到-50.15 ℃,是全国最冷的地区之一。最热月(7月),平均气温在吐鲁番为33 ℃以上,绝对最高气温曾达至49.6 ℃。干旱荒漠地区恶劣的大温差(极寒、极热交替循环)条件导致半刚性基层沥青路面出现大量的面层低温收缩开裂、温度疲劳开裂以及由基层开裂引起的反射裂缝,随着水分的渗入,诱发了多种严重道路病害,成为此地区沥青路面的主要破坏形式。进行干线公路气候分区可掌握各地气温、降水差异,合理选择沥青材料、路面的结构类型等,从而在新疆公路建设中充分利用气候资源。
1 干线公路温差气候区划原则及方法
从分析综合自然条件与公路工程的关系出发,以地理地貌、气候、水文地质为基础,同时考虑各种病害对公路建设的影响,确定最终的指标。
1.1 气候区划原则
新疆自治区地处欧亚大陆腹部、远离海洋的地理位置,“三山夹两盆”的构造地貌特征,以山地和盆地为主的地貌类型,典型的干旱大温差气候条件下水热沿水平向和垂直向变化规律,在现有的新疆公路三级区划、新疆二级气候区划及沥青混合料路用性能气候区划的基础上遵循以下原则:
1)科学性。以新疆综合自然条件为基础,公路工程实践为依据,各种气候因素及其相互作用的异同性,用数学统计理论结果为前提,从空间分布规律和时间发展方面体现针对干线公路网建设的差异性和相似性。
2)继承性。借鉴新疆公路三级区划、新疆二级气候区划及沥青混合料路用性能气候区划的原则和方法,并按照不同区域的特点,在已确定的标志体系中重点的提取区划标志,在二级气候区划的基础上划分温差区,并应使自然特征和公路建设特点具有一定的区内相似性,区间的差异则力求明显,以反映各地区的温差干旱特点。
3)实用性。在现有新疆公路三级区划、新疆二级气候区划及沥青混合料路用性能气候区划为前提,在辩识综合自然条件的影响、分布和公路工程建设特点的基础上,从分析公路建设与气候环境的关系出发,了解区域组合、区分区域差异及发展规律,主要以沥青及沥青混合料路用性能上考虑干旱及大温差的气候区划。
1.2 气候区划方法
本课题在新疆干旱及大温差区划采用的操作方法有以下4个:
1)地貌形态区域划分方法。以新疆的地貌形态区域差异特征为前提条件,主要关注公路自然条件的非地带性、地方性差异以及地貌形态对公路网的布局规划限制。依据宏观的大地构造—地貌、水热条件、水文地质等差异划分区域。
2)综合气候条件与公路工程的关系。基于公路工程参数与自然要素的定性定量关系指标,采用公路工程-地理要素相结合的方法,尽可能反映公路工程相关建设自然条件的区域特征与规律。
3)沥青混合料路用性能与气候条件关系。气候是公路建设最活跃的因素,气候的特点、分布规律及变化直接影响到路基路面的强度和稳定性。气候条件中的潮湿系数影响到路基的干湿类型,大气降水是路基湿度的主要来源,路基湿度与气温变化的共同作用影响到路基的水温状况,在季节性冰冻地区使道路产生冻融翻浆;高、低气温的极端状况则影响到路面的高温稳定性和低温抗裂性;各种土质和自然病害,也都是在一定的气候条件下直接或间接形成的。沥青混合料路用性能与气候条件关系如表1所示。
4)统计方式进行按照数值区划方法。主要利用气象3要素年极端最低气温、7月平均最高气温、年降水量及潮湿系数这些因素进行数据分析,用数值定性分析出各区域特征。
2 干旱温差强度指数及等级划分
干旱温差大小程度不只是温度单一因素决定,降雨量和潮湿系数大小往往都会加重或减轻干旱温差程度,结合环境因素对路用性能的影响为综合反映干旱温差的程度,本课题构建了包含上述气候因子综合影响指标模型。
气候因子综合影响指标——干旱温差强度指数的计算采用综合权重法,设其气象综合影响指数为GW,其值由相关气候因子的权重求得。
式中:W为温差(30年一遇,7月平均最高气温与年极端最低气温的差值),k为潮湿系数,r为年降雨量。
从式(1)中可知,该干旱温差强度指数不仅与温差有关,还与年降水量、潮湿系数有相当大的关系,从而使得强度指数可以更加明显的反应新疆的气候特征。
权重系数N1,N2,N3均大于0,且满足N1+N2+N3=1。
根据已有研究表明温差与降雨量无特殊相关性,在此温差、潮湿系数及降雨量均取所统计数据的最大值,设干旱温差强度指数GW=100,将统计的W,k,r气象数据相应值代入式(1)中
79.9N1+ N2+ 508N3 =100 .
同理,看定义当W,k,r取均值时,干旱强度指数GW=50,将相应的值代入式(1)中,可得
53N1+20N2+142.5N3=50.
由上式求得各权重系数见表2。
干旱温差强度指数反映了相关气候因素对干旱温差强度的综合影响。指数越大表明气候因素对干旱或温差影响越大,反之可得。由干旱温差强度指数的定额可知,强度指数在0～100,理论上不可能达到最大值,但在实际评估中,若有气象因素打破所用样本极值时,强度指数就可能超过100的情况。同理,干旱温差强度指数也不可能是理论上的最小值。
对统计数据进行分析,从指数的分布符合正态分布,指数平均值为53,指数的标准差为18,最小值为25.4,最大值为89.2,这些数值可做为划分干旱温差强度的参考指标。
对新疆地区100多个测站30年7月平均最高气温、年极端最低气温、年降雨量及潮湿系数进行分析,分析数据结果,如图1所示。
依据统计指数的区间分布状态,将干旱温差强度分为轻度、一般、重度及特大4个等级。由所统计的数据可得一般和重度所占的比例较大。
等级划分:
级别1: GW≤30轻度温差干旱区,
级别2: 30<GW≤50一般温差干旱区,
级别3: 50<GW≤70 重度温差干旱区,
级别4: GW>70 特大温差干旱区。
3干旱及大温差特殊条件下气候分区
根据上述分区原则结合干旱温差强度程度的综合影响系数GW分为4个大区,各区特点为
1)轻度温差干旱区主要包括3个小区,主要有天山西部高山区、焉耆盆地平原区及托格拉萨依河谷区。区内GW值小于30,年温差变化范围与降雨
量均较小。
2)一般温差干旱区包括阿勒泰中高山地区、塔里木盆地边缘山区、准葛尔地东部、天山东部及塔克拉玛干沙漠边缘区。区内GW值30～50,7月平均气温大部分在26 ℃,年极端最低气温大部分在22 ℃。
3)重度温差干旱区主要包括阿尔泰山干燥区、塔城盆地、准葛尔盆地边缘山前平原区及吐鲁番地区。
4)特大温差干旱区主要包括塔里木盆地腹部的塔克拉玛干沙漠地区及古尔班特沙漠地区。该区的温差主要是由于高温引起,且降雨量小,极端干旱。
4结论
1)对新疆地区100多个测站30年7月平均最高气温、年极端最低气温、年降雨量及潮湿系数进行分析,用权重系数法计算气候因子综合影响指标——干旱温差强度指数且发现该指数服从正态分布。
2)采用等概率分布数值分区方法将气候因子综合影响指标GW分为4个大区,分别用轻度温差干旱区、一般温差干旱区、重度温差干旱区及特大温差干旱区表示,这一分区对新疆干线路沥青路面的设计与施工具有实用价值。
3)进行干线公路气候分区的可以更好地了解各地气温、降水差异,合理选择沥青材料、路面的结构类型等,从而在新疆公路建设中充分利用气候资源。
参考文献
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浅谈大体积砼温差裂缝 篇5
1 大体积砼温差裂缝分析
大体积砼结构厚, 体积大, 钢筋密, 砼数量多, 工程条件复杂, 施工技术要求高等特点。由于大体积砼截面尺寸较大, 砼导热性能较差, 水泥在水化反应过程中释放的水化热所产生的温差变化和砼收缩性的共同作用会产生较大温度应力和收缩应力。当这些应力在砼内部不平衡分布时, 就要给结构构件带来危害, 充分认识温度应力的重要作用。控制温度应力和温度形变, 最控制构件裂缝的产生是大体积砼结构施工的重点环节。
2 水泥品种选择和用量控制
2.1 选用中热或低热的水泥品种。
砼升温的热源是水泥水化热, 选用中低热的水泥的吕种是控制砼温知的最基本方法。如选用42.5级的矿渣硅酸盐水泥 (其301的水化热为180KJ/kg) 就此选用42.5级的普通砼酸盐水泥 (其中3d的水化热为250 KJ/kg) 的效果好得多。
2.2 充分利用砼的后期强度
试验表明, 每立方米砼的水泥用量, 第增减10 kg, 水化热将使砼的温度相应升降1度。因此在满足砼强度和耐久性的前提下, 尽量减少水泥用量, 严格控制每立方米砼用不超过400 kg, 结构工程中的大体积砼大多采用矿渣硅酸盐水泥, 其混合材料活性氧化硅, 活性氧化铝与氢氧化钙, 石膏的作用在常温下进行缓慢, 早期强度低, 后期由于化砼酸钙凝胶数量增多, 使水泥石强度不断增长, 对利用后期强度非常有利。
3 掺加外加剂
砼中掺入适应的外加剂, 可改善砼的特性。如在砼中掺入一定量的粉煤灰后除了粉煤灰来自的火山灰活性作用。在生产砼酸盐凝胶作为胶凝材料的一部分起增强作用外。砼用水量不变的条件下, 由于粉煤灰颗粒点球状, 并且有滚珠效应。可以起到改善砼和易性能效能。若保持砼拌和物原有流动性不变则可以减少用水量, 起到减少效果。从而提高砼的密实性和强度, 掺入适量的粉煤灰还在大大改善砼的可泵性, 降低砼的水化热。
4 骨料的选择
4.1 粗骨料的选择
大体积砼宜优先采用以自然的粗骨料配制, 这样砼是有较好的和易性, 较少的用水量和水泥用量, 以及较高的抗压强度。根据施工条件, 尽量选用粒径较大, 级配良好的石子, 检测表明采用5—40mm石子, 此采用5—25mm石子, 每立方米砼可减少水量20—25kg砼温升可降低2—3度。但骨料粒径也不可盲目选大的, 否则容易引起砼的离析, 影响砼的质量, 必须遵循优化级配级计, 并在施工中加强搅拌, 浇筑和振捣等工作。
4.2 细骨料的选择
大量实验证明, 采用中粗砂比采用细砂每立米砼可减少水泥用量30kg左右, 减少用水量20kg左右, 这样就控制了水灰比, 从而降低了砼的温升和减少了砼的收缩。
骨料的质量直接关系到砼质量, 所以骨料不应含泥率过大, 骨料含泥率对砼强度、干缩、徐变、抗渗、抗磨和易性等都产生不利影响, 引起砼开裂, 实验数据表明, 石子含泥量控制应不大于1%, 砂的含泥量控制在不大于2%。
5 重视砼养护, 延缓砼降温时间
大体积浇筑后, 要注意砼表面保温, 保温的养护, (1) 可减少砼内外温差, 防止表面裂缝; (2) 防止砼局部 (下转第49页) (上接第60页) 过冷, 避免产生穿性裂缝; (3) 延缓砼的冷却速度, 以减小新老砼的上下层约束。采取砼养护措施, 可减小砼内外温差, 发挥“综变特性”降低温度应力, 防止砼裂缝, 可以使水泥均衡水化, 提高砼自身抗拉能力。
6 改善边界约束, 控制砼裂缝的产生
正常情况下, 在孔洞周围, 变断面转角部位等, 由于砼硬化过程温度会使砼内部应力重分布, 可能产生应力集中而导致砼开裂。因此可设置构造或配设钢筋网片, 加强砼应力集中部位的抗裂能力。
6.1 设置“后浇带”
增设“后浇带”分段浇筑是通常使用的一种施工方法, 将结构施工分成若干段, 在各部砼结构在“后浇带”外受力抗对稳定性时, 再将后浇带浇筑, 规范规定“后浇带”变度800—1000mm, 其砼强度等级不低于原结构, 养护不少于14d。
6.2 用配筋改善砼抗裂能力
当砼墙板厚度为400—600mm时, 采取增加配构造钢筋, 使构造筋起到抵抗温差应力集中, 提高大体积砼面层, 抗表面降温和平缩产生裂缝的能力。
7 加强监测工作
在大体积砼浇捣时, 设置测温点, 用导热性较好的钢筋插入底板测量砼温度时测温表同外界气温隔离, 测温表留在测温孔内时间不少于3mm, 由此控制砼本身内外温度差在25℃以内, 同时在大体积砼内布排栅栏状管网, 用多个进出水阀门控制平衡砼内外温差, 以降低温度应力的影响。
8 结语
大温差空调冷冻水系统探讨 篇6
关键词：空调系统的节能,大温差空调冷冻水系统,对空调设备的影响,改善措施
1 引言
进入二十一世纪以来, 科学技术得到了突飞猛进地发展, 生产效率大幅增长, 人们的生活质量日益提高。
人们对生活和工作环境的舒适度要求越来越高, 商场、酒店、写字楼、候机 (车) 楼等大型公共建筑、休闲娱乐场所等几乎都使用空调, 一些高档住宅、甚至普通住宅也已大量使用各种形式的空调, 空调得到了极大地普及。空调与人们工作、生活的关系愈来愈密切, 逐渐成为人们工作、生活中不可或缺的伴侣。
空调的大量使用, 随之而来的问题就是空调能耗的不断上升, 现在空调能耗已经成为一个十分引人注目的问题。最近几年, 我国的建筑能耗约占全国总能耗的30%～35%, 且上升势头正在不断加大, 而空调系统的能耗占整个建筑能耗的60%左右, 且比例不断增加。随着我国政府对节能减排要求的不断提高和措施的不断细化, 绿色建筑的概念随之被提出, 空调系统的节能提到了越来越重要的位置。
为了降低空调系统的能耗, 在空调系统的实际使用中, 采取了许多节能措施, 例如:变风量空调系统、变水量空调系统、大温差空调系统、低温送风空调系统、蓄冷空调等。
在中央空调系统中, 制冷系统的水泵装机用电量一般占空调系统总用电量的15%～20%, 而实际运行中, 水泵耗电量更是占空调系统总用电量的20%～30%, 如何提高空调冷冻水的输送效率, 已成为空调节约能耗的关键。在此背景下, 空调冷冻水采用大温差输送的节能技术已受到业内人士的高度关注, 它是一种技术简单可行、经济合理、安全可靠、值得推广的节能技术。
2 大温差空调冷冻水系统
近年来, 随着制冷机技术的不断提高和完善, 大温差小流量的空调冷冻水输送技术日趋成熟, 这种简单易行的空调方案, 在实际工程中的运用已日益广泛。
目前, 国内通常使用的空调冷冻水的供水温度为7℃, 回水温度为12℃, 供回水温差为5℃, 而大温差空调系统冷冻水的供回水温差一般为6～10℃。由于空调系统的冷冻水的供回水温差加大, 相同制冷量下的空调冷冻水循环量将减小, 空调冷冻水管管径、冷冻水泵的型号都将随之减小, 冷冻水泵的能耗随之降低。
空调冷冻水输送系统采用大温差的节能后, 按照水泵的相似理论, 可以通过计算, 来对空调冷冻水系统采用传统温差和大温差水泵的功耗进行比较, 水泵功耗比公式可表示为:
N—传统温差时水泵的功耗;
N’—大温差时水泵的功耗;
W—传统温差时水泵的流量;
W’—大温差时水泵的流量。
若空调冷冻水系统采用10℃温差, 则循环水流量是传统温差 (5℃) 时水量的50%, 水泵的功耗比则是:
由此可见, 空调冷冻水系统采用10℃温差较之传统温差 (5℃) 时, 冷冻水温差增加1倍, 冷冻水流量减少50%, 而冷冻水泵功耗仅为0.315倍, 即冷冻水泵可节省68.5%的电能, 由此可知, 空调冷冻水系统采用大温差的节能效果十分明显。
空调冷冻水系统采用大温差, 还可以降低水泵的型号、减小冷水管的直径、缩减冷却水系统的一次投资、降低工程造价等。
2.1 大温差空调冷冻水对制冷机的影响
一般而言, 制冷机单位制冷量的能耗随蒸发器中蒸发温度的升高而降低, 随蒸发温度降低而升高。因此, 蒸发温度对制冷机单位制冷量的能耗影响较大, 而蒸发温度的高低直接影响制冷机冷冻水出水温度的高低。当制冷机的冷冻水出水温度等于或大于7℃时, 对于相同的制冷量, 10℃温差与5℃温差时, 冷水机组的能耗基本相同。
然而, 当制冷机的出水温度低于7℃, 尤其是低于5℃时, 制冷机单位制冷量的能耗明显上升。若制冷机的出水温度过低, 制冷机能耗的上升将大大抵消了大温差冷冻水系统水泵节省的能耗, 甚至超过水泵节省的能耗。因此, 建议制冷机的出水温度应设在5℃以上。
2.2 大温差冷冻水对空调末端设备的影响
虽然空调系统冷冻水采用大温差具有降低水泵能耗、减小设备的初投资等诸多优点, 但是需注意, 不要一味加大空调系统的供回水温差。因为, 通常提高空调系统的供回水温差有两个途径, 一是降低制冷机的出水温度, 二是提高空调冷冻水的回水温度。而制冷机的出水温度不能过分降低, 否则将加大制冷机的能耗。若通过提高空调冷冻水的回水温度来加大空调系统供回水温差, 这样势必影响空调末端设备的制冷效率。下面可通过表冷器的换热公式进行分析:
Q—空调末端设备表冷器的换热量;
K—表冷器的传热系数;
F—表冷器的表面积;
tK——空调末端设备表冷器表面的空气平均温度;
ts——空调末端设备表冷器中空调冷冻水的平均温度, 即空调冷冻水供水和回水的平均温度。
由换热公式可以看出, 在设备构造、传热面积等因素不变的情况下, 若空调系统冷冻水的温差提高过大, 将造成空调末端设备的表冷器中空调冷冻水平均温度上升, 而降低空调末端设备的制冷能力, 以及降低空调末端设备的除湿能力, 影响空调房间的舒适度。
3 改善大温差冷冻水对空调末端设备影响的途径
由空调末端设备表冷器的换热公式Q=KF (tK-ts) 可以看出, 要改善由于空调冷冻水系统采用大温差对空调末端设备制冷能力下降的不良影响, 主要从两方面入手:一是加大空调末端设备表冷器的传热系数K值;二是增加空调末端设备表冷器的传热面积F。
3.1 增大空调末端设备表冷器的传热系数K值
其主要的方法有:采用导热性能更好的材料制作空调末端设备的表冷器;采用强度更大的材料以减薄表冷器的厚度、在表冷器表面喷涂亲水涂料等。
目前, 采用导热性能更好的材料、减薄表冷器厚度的做法, 会造成表冷器的制作成本大幅增加, 不建议采用;而在表冷器表面喷涂亲水涂料, 促使表冷器表面的冷凝水迅速流走, 这种做法经济性较好, 目前在实际工程中采用的比较多。
3.2 增加空调末端设备的表冷器传热面积F
其主要的做法有:增加表冷器的排数、增加表冷器的管程数、增加表冷器的迎风面积和减小空气流过表冷器的缝隙等。
(1) 增加表冷器的排数
增加表冷器的排数, 是为了补偿空调冷冻水采用大温差后导致的产冷量下降和出风温度升高。增加表冷器排数可以不影响空调机组宽与高的尺寸, 但空调机组的长度会加大。同时, 会增加一些表冷器的造价, 增大空气阻力, 相应增大空调机组电耗, 而冷冻水量和冷冻水阻力却减小。通常全空气空调器、新风机的表冷器排数一般为4～6排, 一般增加到8排以内比较合适, 8排以上就显得排数过多, 换热效果增加不明显, 但空气阻力却明显增大, 空调设备造价也增加较多;风机盘管空调器的表冷器排数一般为2～3排, 一般增加到4排以内比较合适。总之, 增加空调末端设备的表冷器排数的做法是一种经济实用的方法, 目前在大温差冷冻水空调系统中已被广泛使用。
(2) 增加空调末端设备的表冷器管程数
增加空调末端设备的表冷器管程数, 可以明显加大表冷器产冷量。但这种做法会使空调冷冻水系统阻力增大, 从而增加空调冷冻水泵的压头, 会抵消一些采用大温差空调冷冻水泵的节能效果。增加表冷器的管程数的做法虽然增加一点空调末端设备的造价, 但却是一种比较经济的做法。另外, 由于受到表冷器结构的限制, 也只能在有限范围内调整表冷器的管程数。
(3) 增加空调末端设备的表冷器迎风面积
增加空调末端设备的表冷器迎风面积, 是一种保持空调器出风温度和产冷量不变的良好方法。采用这种方法表冷器的空气阻力、迎面风速均会减小, 但会加大空调器的外形尺寸, 增加一些空调设备造价。但这却是一种比较经济的做法, 在场地条件允许时, 可以优先考虑采用增大空调末端设备的表冷器迎风面积的方法。
(4) 缩小表冷器翅片的片距
缩小表冷器翅片的片距, 可以相应增加表冷器翅片的片数, 从而增大表冷器的换热面积。优点是可以不加大机组外形尺寸;缺点是增加表冷器造价, 增大表冷器的空气阻力, 增加空调风机的能耗。由于采用这种方法会使表冷器翅片间的缝隙变小, 从而会导致表冷器容易脏、空气难以通过, 并且清洗表冷器也特别困难等。
4 工程实例分析
某工程夏季空调冷负荷为4000kW, 选用三台螺杆制冷机, 每台制冷量1350kW, 每台制冷机对应配套一台冷冻水循环泵。为了不对空调末端设备造成较大的影响, 冷冻水供回水设计温差采用7℃, 即冷冻水供水温度为7℃、回水温度为14℃。
(1) 冷冻水循环泵能耗比较:
空调冷冻水供回水采用7℃温差时, 水泵选择如下:单台制冷机的冷冻水量为166m3/h, 单台冷冻水循环泵出水量为166×1.1=182m3/h;冷冻水泵名义参数:Q=189m3/h、H=28mH2O、N=22kW。空调冷冻水供回水采用5℃温差时, 水泵选择如下:单台制冷机的冷冻水量为232m3/h, 单台冷冻水循环泵出水量为232×1.1=255m3/h;冷冻水泵名义参数:Q=260m3/h、H=28mH2O、N=30kW。
空调冷冻水采用7℃温差较之5℃温差时, 冷冻水循环水泵名义工况节电率为:
通过上述工程实例对比, 空调冷冻水系统采用大温差运行方案的节能效果是十分明显的。
(2) 空调末端设备的选择:
由于空调冷冻水采用7℃温差, 而传统的空调末端设备的表冷器均是按5℃温差设计的, 需要对空调末端设备的表冷器排数进行了相应调整。经过校核计算, 全空气空调机、新风机的表冷器应由6排增加到8排, 风机盘管空调器的盘管应由2排增加到3排。
5 结论
在实际工程中, 空调冷冻水系统采用大温差运行, 可以减少冷冻水系统的循环水量, 相应地减小水泵型号, 降低空调系统的运行费用, 减小冷冻水输送管道尺寸、节省建筑空间, 节约空调系统的初投资。
在选择大温差空调冷冻水系统供回水温差时, 要注意以下几个问题:
(1) 大温差空调冷冻水系统对空调末端设备提出了更高的要求, 如果供回水温差选择不当, 会增加空调系统的初投资;
(2) 受制于空调末端设备的效率, 空调冷冻水供回水温差不能无限制地放大, 一般以6～10℃为宜;
(3) 选择空调末端设备时, 宜选择大温差专用表冷器或对其制冷量进行重新核算。
在进行工程设计时, 要根据工程实际情况, 合理地选择空调冷冻水温差, 以节省空调系统的运行费用, 达到工程投资的最佳平衡点。
参考文献
浅议温差裂缝的成因及其防治 篇7
关键词：温差裂缝,成因,防治
裂缝形态表现为:在靠近房屋两端的外纵向墙体多为余向裂缝, 在前后纵向墙体顶部砼圈梁底面标高处或窗洞口上皮砖标高处最易发生水平裂缝:与外纵墙相交接的内横向墙体的顶部常出现余向裂缝, 裂缝一般为细微裂缝。
比较严重时宽度可达0.2-1.5em, 严重时能将墙体裂透, 从而危及结构的安全。
1 形成温差裂缝的原因
1.1 砖混凝土和砖砌体组合而成, 因砼和砖是两种膨胀与收缩值不同的材料, 当气温升高时, 砖砌体因受到推拉剪切作用而错位开裂:当气温降低时, 因为砖是脆性材料, 使得变形不能完全恢复, 从而形成了永久性变形裂缝, 另外, 铪的线膨胀系数比砖大l倍, 因此屋顶的变形就比砖砌体大得多, 这就在墙体与屋盖接触面上产生了剪力, 该剪力与墙体承受的屋盖的压力组成主拉应力, 当它大于砌体的抗拉, 抗剪应力时, 往往导致墙体产生裂缝。
1.2 多数屋面的保温层下未设置隔气层, 尤其是在水泥膨胀珍珠岩保温层上, 仅用20rom厚水泥砂浆找平显然太薄, 这种厚度无法抵御因温度热变位与干缩叠加而引起的温度应力, 因而造成砂浆找平层严重开裂与起壳, 相当一部分层面保温层的厚温和施工质量达不到设计要求, 或设计厚度过小, 无法满足热工计算要求, 由于层面受阳光辐射时间比墙体长, 吸收热量多, 大量直接伟给屋面板, 从而更容易受温差的影响。
1.3 屋面保温层含水率高, 该保温层隐蔽后遇热则水份蒸发, 气温一旦升高, 会加大温差对结构层的损坏, 有的保温材料拌制不均, 摊铺厚薄不均, 往往会降低保温效果, 有的防水层, 细部施工质量不好, 造成屋面渗漏, 以及保护层履盖率过低, 颜色深重, 起不到良好的反光作用。
1.4 砂浆强度低, 组砌不合理, 结构整体性差。
2预防温差裂缝的措施
2.1结构构造设计时, 要考虑温差的影响, 无论结构计算结果如何, 砖混结构房屋顶层墙体砌筑砂浆强度不得低于M5.O, 并且宜用混合砂浆, 因混合砂浆的和易性较好, 且砂浆后期的强度较稳定, 有利于提高墙体的体性和抵抗温差裂缝的能力。
在房屋顶层端部1-2开间范围内, 不切体内的水平渭抗震构造钢筋应拉通, 尤其是与山墙横墙连接的内外纵墙蔼内的水平钢筋拉通至少1个开问, 这是防止内外纵墙向墙镯体开裂的有效措施。
2.2屋面保温层厚度要依据热工计算确定, 不可再沿圆用习惯作法, 施工时应严格掌握配合比及含水率, 找坡应簧正确, 保温层必须做至批檐和檐沟处, 防止砼结构外露, 并镯尽量不做外露顶层圈梁。
2.3混结构的房屋总长度不宜超过60米, 否则需设置伸缩缝。宜将现浇砼挑檐改为预制装配挑檐, 也可以在整体浇筑铪挑檐时, 有意在一定部位设置2-3道断缝, 以跌少其胀缩积累值。
2.4在房屋顶层两端开问内的内外墙纵墙窗台两层砖以下不切体内加工嘶水平钢筋, 对防止窗洞口下部不切体开裂很有好处。
2.5屋顶结构吊装并灌缝后, 现浇楼盖施工完毕干透后应及时施工保温层, 严防结构层长期外露暴晒, 找平层应合格, 基本干燥后应及时做防水和保护层, 保护层应不粒均匀, 色浅, 覆盖严密, 应做排水屋面, 并确保细部的施工质量, 做好收头压边, 严防渗漏。
2.6提高砌体的施工质量, 不得干砖上墙, 组砌方法应正确, 应严格按规定留槎, 砂浆饱满, 以增强墙体的整体性。
3温差裂缝处理方法:时已经发生的温差裂缝。等其基本稳定后依据不同情况。做不同处理
3.1砖墙体及沿板缝, 不会危及结构安全, 考虑观感问题, 可只做表面处理。即先铲除裂缝周围的抹灰层, 再重新抹平压光, 进行粉刷。
3.2对墙体开裂宽度较大且延伸较长, 甚至有多道裂缝沿平行方向延伸, 对结构有一定的影响, 可采用灌浆充填法。即把裂缝清理干净并洒水湿润, 用1:2水泥填塞。水泥浆中可加入适量石膏粉, 能代替膨胀水泥, 将裂缝填实:也可采用压力灌浆法。用灰浆泵将水玻璃胶泥或掺有其它胶合材料的水泥砂浆, 水泥浆, 107水泥砂浆等灌人裂缝内, 增加砌体的整体性。