墙体体积变形荷载及其应力分析

论文摘要

砌体结构墙体采用新型非烧结材料,增大了墙体干燥收缩变形,尤其是保温墙体改变了墙体的温度场,使墙体体积变形大大增加。体积变形引起墙体产生应力,当这个应力超过墙体的破坏强度时,墙体会产生开裂,影响结构的正常使用,所以裂缝问题是结构工程中急需解决的关键问题。影响墙体体积变形的因素主要有材料干燥收缩率、地区不同、朝向不同、颜色不同、保温形式不同、保温材料不同等等。本文在墙体温度荷载的基础组合干燥收缩变形,对墙体体积变形荷载及其应力进行了分析。针对谐波热作用下的单层墙,采取变量分离法求解第一类边界条件下的热传导微分方程,得到单层墙的准稳态温度场的解析表达式,并利用叠加法推广应用到多层节能墙体或屋面,为温度应力分析提供了依据。将墙体内、外表面空气层看成一层只有热阻没有热容的材料,得到考虑墙体与空气换热的多层墙温度场的解析解。利用富里哀级数将室内、外空气综合温度简化成稳态温度场(年温差)和谐波热作用下的非稳态温度场(日温差)。对哈尔滨、北京、长沙、广州四个代表性地区在三种不同保温形式、三种不同工况进行分析得到体积变形荷载,研究结果表明,外保温层可以有效阻隔室外谐波热对墙体温度场的作用。最后,针对地基对砌体墙体积改变的约束在底层产生竖向裂缝,本文采取底部约束长墙近似分析法对混凝土砌体墙的应力进行分析。研究表明,混凝土砌体墙裂缝主要由最大水平拉应力导致;地基水平阻力系数、墙长、墙高长比(墙高)等对墙底最大水平拉应力和墙体最小裂缝间距有较大影响。本文提出了砌体墙最小裂缝间距计算公式和墙体裂缝控制措施。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 裂缝类型
• 1.2.1 体积变形裂缝
• 1.2.2 荷载变形裂缝
• 1.3 体积变形的作用
• 1.3.1 干燥收缩变形
• 1.3.2 温度变形的作用
• 1.3.3 体积变形的组合作用
• 1.4 体积变形的作用效应
• 1.4.1 约束
• 1.4.2 应力计算的分析方法
• 1.5 本文的研究内容
• 1.5.1 存在问题
• 1.5.2 本文工作
• 第二章 墙体温度场及周期性作用下的解析解
• 2.1 传热基本理论
• 2.1.1 传热的基本方式
• 2.1.2 温度场的基本概念
• 2.2 稳态传热时墙体温度场分析
• 2.2.1 单层墙的温度场及平均温度
• 2.2.2 两层墙的温度场
• 2.3 非稳定传热（周期）时墙体温度场分析
• 2.3.1 单层墙的温度场
• 2.3.2 多层墙的温度场
• 2.3.3 墙体温度场的平均温度
• 2.4 本章小结
• 第三章 体积变形荷载
• 3.1 室外空气设计参数
• 3.1.1 设计日（标准天）的逐时气温
• 3.1.2 室外空气综合温度
• 3.1.3 室外空气综合温度的简化
• 3.2 温度荷载
• 3.2.1 温度荷载分析方法
• 3.2.2 工况组合
• 3.2.3 单层墙最大温差
• 3.2.4 多层墙最大温差
• 3.2.5 屋面保温最大温差
• 3.2.6 屋面施工阶段（屋面没有保温）最大温差
• 3.3 顶层墙体温度荷载
• 3.4 底层墙体温度荷载
• 3.5 干燥收缩变形荷载
• 3.6 体积变形荷载
• 3.7 本章小结
• 第四章 体积变形荷载作用下墙体应力分析
• 4.1 底部约束混凝土砖砌体墙的应力分析
• 4.1.1 基本假设
• 4.1.2 混凝土砖砌体的体积改变
• 4.1.3 底部约束混凝土砖砌体墙的应力
• 4.2 影响混凝土砖砌体墙最大水平拉应力的因素
• 4.2.1 地基水平约束系数
• 4.2.2 墙长
• 4.2.3 墙体高长比
• 4.3 最小裂缝间距
• 4.4 关于最大伸缩缝间距的讨论
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.1.1 体积变形荷载
• 5.1.2 体积变形应力分析
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录