文摘
为了解决复杂问题的建设、耐候性差,传统的保温材料和环境污染,本文介绍了一种新型的保温装饰块(IDB)充满了绝缘材料。不同锚固方法研究了影响螺栓的平面外IDB墙的力学性能。测试结果显示,地脚螺栓可以有效防止裂缝的出现和发展标本。增加螺栓,加速度和位移的IDB墙壁下降。相比矩形排列,螺栓的交错排列方式可以减少相对位移和加速度。IDB墙的结构计算进行了确定螺栓的数量在不同的高度,和设计建议提高IDB墙的性能。分析和测试结果表明,IDB适合在工程结构中的应用。
1。介绍
如今,必须解决的问题之一是如何减少的排放量减少能源消耗的经济发展。基于能源排放的评价在中国,建筑能耗约占30 - 40%的能源消费总量,和继续上升的趋势1]。建筑物的维修组件接触外面的空气,如窗户,门,地板,墙,是建筑物的能源消耗的主要原因。在这些维修组件,墙上有最大的室外空气接触面积,因此在建筑能源消耗最大的影响(2]。因此,有必要采取墙绝缘措施,实现建筑节能的目标,降低能源消耗的外墙。
保温材料分为有机(例如,挤塑聚苯乙烯(XPS)和发泡聚苯乙烯(EPS))和无机材料(疏水膨胀珍珠岩(玫瑰))。XPS和EPS的工程应用,有机材料,含水率和高温的影响:(1)传热系数随含水量的增加(3- - - - - -5];(2)材料的可燃性威胁安全的结构(6- - - - - -8]。玫瑰的耐高温,作为一种无机材料,是相对稳定的,而热传递系数高由于强大的吸水能力。这些传统的绝缘材料可以作为添加剂在复合材料(9- - - - - -12)或直接用作外墙外保温材料的建筑。当这些绝缘材料直接用作构建信封组件,构造措施和湿度控制组件应该提出改善防水和防火性能的材料在施工过程中13- - - - - -15),这就增加了建设成本和工期。为了处理这些传统的绝缘材料的缺陷在工程应用中,应加强建筑保温材料的研究。
一种新型的保温块,高孔隙比,是发达国家和用作建筑的外墙16- - - - - -18]。高孔隙比的绝缘块有助于减少重量和传热系数;然而,抗压强度会因受压面积的减少不利影响。此外,钢筋混凝土剪力墙通常是用作高层建筑的外墙,表明是不可能直接应用保温块。因此,表层砌体墙逐渐应用于现代建筑。表层砌体墙,由外部砖石墙分开的结构支持系统,连接到使用不同类型的结构组件关系抵抗平面外负载(19)和可以提供的建筑与装饰和障碍水分风渗透但不会导致结构电阻(20.]。德赛et al。21]研究了平面外墙砖饰面系统的地震属性在这里进行建筑和发展结构的分析模型支持系统和表层砌体墙。Reneckis et al。22)描述了平面外的墙砖单板性能木框架,和安装方法,刚度和强度被发现显著影响胶合板墙的抗震性能。Memari et al。23)评估传统金属锚侧的腐蚀的影响力量,和抗腐蚀钢的性能关系和传统的关系进行比较。Marziale et al。24)调查了平面之间的耦合单板墙和混凝土剪力墙,和隔离的最佳位置联合给最小化摇摆行为。这些论文研究提供参考的表层砌体墙的力学性能;然而,平面外墙上的动态性能的绝缘填充砌体块很少被解决。
介绍出平面振动台试验的结果四个全面标本,除以数量和排列方式表层砌体墙之间的螺栓和备份框架(钢筋混凝土墙):AB0没有螺栓,AB2每平方米有两个螺栓,AB4-1和AB4-2加强四个螺栓每平方米用不同的排列模式。
本文的结构如下:首先,材料和实验项目,如IDB的维数,建设标本,螺栓的布置,和测试设置,介绍了。其次,进行机械测试,获得标本和分析的力学性能,如故障模式,裂缝的发展,频率、加速度、位移的标本,IDB墙壁和剪力墙之间的相对位移。最后,IDB的反应墙在风荷载和地震荷载计算和设计提出建议来改善IDB在工程上的应用。
2。实验程序
2.1。砌体材料
块是由页岩和锯末、木屑的可以产生大量的微孔内的材料,如图1。美洲开发银行充满了传统的复合保温材料,如XPS、EPS,消息灵通的,以达到保温的目的。IDB的尺寸是498 mm×120 mm×248 mm(长×宽×高),如图2。IDB的密度和抗压强度约为500公斤/米3分别和2.0 MPa。
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砂浆的内容是水泥、粉煤灰、砂、聚合物乳胶粉,挡水代理。砂浆的力学和物理特性如表所示1。
地脚螺栓用于确保IDB墙之间的粘结强度和建筑物的外墙。地脚螺栓的直径10毫米,抗拉强度为0.5 MPa。地脚螺栓的长度固定为钢筋混凝土剪力墙不应小于50毫米。
2.2。建设的标本
在这篇文章中,四个全面出平面动态载荷下标本进行测试。标本是由地梁、剪力墙,砂浆层,IDB墙壁,如图3。
地梁用于修复摇床上的标本,以及剪力墙构造模拟高层建筑的外墙。材料平整的毯子和砂浆层都是砌筑砂浆。砂浆层用于加强债券之间的剪力墙和IDB墙。平整的毯子的厚度、砂浆层和灰缝1 - 2毫米,10毫米,分别和1毫米。
施工过程的标本可以看到图4。
2.3。地脚螺栓的布置
为了研究螺栓的数量和分布的影响在平面外地震响应的标本,实验项目包括四个标本,一个标本没有螺栓,每平方米有一个标本有两个螺栓,单位面积上的和两个标本有四个螺栓与螺栓的布置方式不同,如图5。美洲开发银行的烧结材料,其脆性破坏特征是显而易见的。如果螺栓直接钻IDB, IDB的安全墙可能是由于造成的损害影响钻井过程。
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3所示。测试过程和测量
3.1。测试设置
振动台的性能参数如表所示2。数字控制系统的振动台(469 d)由信号控制的液压伺服系统,顺序控制系统的程序,和系统安全保护控制,如图6。
实验进行了GB 50011 - 2010(据中国代码25]。正常运行的测试,样品的平面外荷载沿执行x方向。
为了获得墙的位移和加速度在加载过程中,加速度传感器和位移传感器在标本排列,如图7。加速度传感器的测量范围和灵敏度是100 g和10 mV / g,分别,而位移传感器的测量范围和灵敏度是50毫米和0.1μm。
3.2。测试过程
三个地震记录,即两个真正的地震地面运动记录(埃尔森特罗和塔夫脱记录)和一个人工地震地面运动记录(Ninghe记录),应用于水平方向。地震记录被选中,因为地震记录的特征时间接近的不同特点网站中国抗震规范规定的时期25)(表3)。地震记录的加速度时程曲线如图8。
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表4显示了加载过程。固有频率可以通过白噪声扫描,和地震加速度图记录是按比例缩小的幅度0.20克,0.30克,0.40克,0.50克,0.60克,0.70 g和0.80 g来满足测试要求。考虑到很多城市的特色网站时期中国是0.55秒,埃尔森特罗记录被选中进行弹塑性分析。
4所示。结果与讨论
4.1。实验观察和失效模式
失败的模式标本中描述表5。IDB墙壁上的裂缝和IDB墙边界测量。它通常可以得出的结论是,裂纹首先出现底部的IDB墙,PGA增加,裂缝开始出现在顶部角落的标本。裂纹主要出现在联合的IDB墙,地梁、剪力墙,基本上是没有裂缝的内部IDB墙。在加载过程中,没有从标本块破碎或块剥落。
右上角的裂纹长度的标本从1100毫米(AB0)减少到670毫米(AB4-1)和裂缝宽度减少螺栓的数量的增加,意味着锚栓能有效地限制裂缝的发展。自从AB4-1裂缝宽度和长度小于AB4-2,可以推断出平面上的安排模式有影响力学性能的IDB墙。
4.2。频率的标本
标本的自然频率可以通过白噪声扫描,如在图9。当PGA不超过0.20克(AB0和AB2)或0.50克(AB4-1和AB4-2),标本的自然频率的变化是很小的。PGA继续增加,固有频率的四个标本开始显著减少。例如,PGA 0.8 g时,固有频率的下降幅度是25.6% AB0, 22.4% AB2, AB4-2 AB4-1为11.2%,12.3%。以下可以得出结论:(1)螺栓可以有效防止标本损坏。的原因,试样的固有频率与破坏的程度;更严重的伤害,固有频率越小。(2)虽然地脚螺栓的数量是相同的,固有频率的降低幅度AB4-1小于AB4-2,意味着安排模式对防止螺栓有影响结构的失败。
4.3。加速度响应分析
加速度底部的IDB墙基本上是相同的加速度作为输入,所以本文只给出了峰值加速度在中上IDB墙的一部分,如图10。
(一)
(b)
尽管裂缝出现和发展底部的IDB墙,中间的加速度IDB墙线性增加(图10 ())和加速度响应的放大系数约为1.3。这些结果的原因可能是,几乎没有裂缝出现IDB墙和剪力墙之间的下部标本仍受到整个平面外荷载。然而,顶部的标本,裂缝主要IDB墙和剪力墙之间的出现,导致加速度响应的放大系数突然增加(图10 (b))。例如,加速度的顶部AB0增加线性PGA时小于0.4克。随着地震荷载的增加,IDB墙壁和剪力墙之间的裂缝开始出现和发展,和加速度响应的放大系数从6.7增加到9.1 PGA时0.40从9.1到11.1 g和0.50 g PGA时。也可以得出结论,当裂缝宽度很小,它不影响全球压力的标本。例如,顶部的AB4-1, IDB墙之间的最大裂缝宽度和剪力墙只有1.0毫米,和加速度增加线性加载过程中所有的时间。
4.4。位移响应分析
为了研究IDB墙的抗震性能,IDB壁的相对位移和最大位移进行了研究。相对位移的区别是IDB墙壁和剪力墙位移,而最大位移的区别是中上,降低位移IDB的墙。
IDB墙之间的相对位移和剪力墙是描绘在图11。从底部的相对位移的样本很小,只有相对位移的中上部分标本的图11。
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中间的标本,它可以观察到,虽然最大相对位移是0.96毫米,不明显的裂缝出现(表4)。AB0和AB2相对位移线性增加,直到裂缝出现在顶部的标本,而对于AB4-1 AB4-2,相对位移线性增加,并没有影响裂缝顶部的标本。
顶部的标本,相对位移可以直接反映了裂缝的出现和发展。AB0为例;裂纹首先PGA 0.4 g时,出现的相对位移与裂缝的发展迅速增加。
IDB墙在不同条件下的最大位移PGA在图12。从图12的位移,可以得出结论,AB0和AB2开裂影响底部的标本。一旦出现裂缝的底部AB0 AB2,标本的位移会迅速增加。而对于AB4-1 AB4-2,位移基本上是线性增加。
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(b)
通过对数据的分析11和12,它可以推断出的位移响应IDB墙裂缝的出现和发展密切相关。这种现象更明显在AB0 AB2;后的位移或相对位移会迅速增加外观和裂缝的发展。然而,对于AB4-1 AB4-2,位移响应基本上是线性的。
5。结构计算和建议
5.1。结构计算
受实验条件限制,本文只研究了平面外IDB墙的抗震性能。然而,在工程实践中,我们不应该忽视风荷载影响单板砖墙的力学性能。因此,同时应考虑风荷载和地震荷载在结构计算。
5.1.1。计算地震作用
根据中国代码GB 50011 - 2010 (25),等效侧力方法可以用来评估非结构的地震力由重力引起的组件。因此,地震荷载的IDB墙可以计算如下: 在哪里非结构组件的功能因子和= 1.0;是类型因素的非结构组件和= 1.0;和状态和位置的因素,等于1.0和2.0,分别;是地震影响系数最大值和= 0.16;和非结构的重力组件(表吗6)。
5.1.2中。风荷载计算
风荷载的特征值如下方程(26]: 在这在高度是风味的因素吗z,是本地的形状系数,风压高度系数,基本风压,脉动系数,是地面粗糙度指数。
维护结构的风荷载对高层建筑主要是吸风,而风在建筑物的正面角大于吸风吸在其他地方27]。系数的测定(2)- (5表中描述的)7。
根据中国代码GB 50009 - 2012 (26),地震及风荷载的组合可以表示为
在这里,1和2代表风力和地震荷载,分别;计算出负载效应值吗 ; 计算出负载效应值吗 ; 和部分荷载系数等于1.4和1.3,分别;和是组合值系数和= 0.6。
的公式计算单位面积上的螺栓的数量可以给出 在哪里是减少的因素考虑到砂浆和IDB墙之间的联系和= 0.5,锚定连接的重要性系数= 1.1,地震和下锚地容量降低系数= 0.7,然后呢是螺栓的拉伸承载力设计值。
基于(1)- (7),螺栓的数量在不同高度安排如表所示8。结果表明,螺栓的数量测试能满足应用需求的IDB在高层建筑和有很好的参考价值。
5.2。建议
根据破坏特性的标本在测试过程中,裂缝主要发生在IDB墙的底部和顶部角落的标本。PGA时小(0.3 - -0.5 g),裂纹首先出现和发展之间的IDB墙和地梁,这是由于平面外荷载下的标本的弯曲效应。过早的裂缝有负面影响的绝缘效果IDB墙,所以IDB墙的底部需要得到有效的治疗。
随着PGA的增加,裂缝开始出现IDB墙和剪力墙两边的标本。此外,IDB墙壁也受风载在工程应用中,右上角的吸入,所产生的负风压,比在其他位置27];因此,要注意右上角的钢筋结构设计。
因此,本文提出了一些建议,如图13。(1)为了防止裂缝底部的IDB墙发生过早的作用下弯曲,垫块与某些变形能力,如橡胶块或木块,应该用于承担重量的IDB墙。发泡剂可以作为填充材料来提高IDB墙的隔热性能。(2)为了防止裂缝顶部角落的墙上影响IDB墙的保温性能,更多的螺栓应被用来加强IDB墙之间的成键和剪力墙的位置。
6。结论
振动台试验进行四个样本调查IDB墙平面外的表现。失败机制,频率、加速度和位移(相对位移)评估、检查和锚固性能的模式。螺栓的数量的计算公式和设计建议给出基于实验现象,以促进IDB在工程上的应用。测试的结果简要总结如下:(1)外观和发展IDB墙之间的裂缝和剪力墙显然是受到地脚螺栓的数量。螺栓数量越大,越小地震荷载裂缝出现时,裂纹长度越短,和裂缝宽度越小。(2)螺栓可以明显改善平面外IDB墙的力学性能。把AB0 AB2为例;当地震行动是一样的,AB2比较大,固有频率和加速度和位移(相对位移)更小。(3)尽管螺栓的数量是相同的,位移(相对位移)和加速度AB4-1小于AB4-2,表明螺栓的交错排列方式是更好的安排方法比矩形排列。(4)应加强建筑物的正面角减少损害的IDB墙壁,和螺栓的数量的计算公式可以应用在设计的过程中。
基于测试结果(加速度、位移和破坏模式)和结构计算,加速度和位移的要求可以满足不同类型的建筑通过调整螺栓的数量和安排。因此,本文的研究可以有效地促进IDB的应用。
计算智能算法,如帝王蝶优化(MBO) [28(NSO) [], neutrosophic优化29日),人工蜂群(ABC) [30.),而蚁群算法(ACA) [31日),逐渐被用来分析结构地震反应的影响,以优化结构设计,提高结构的抗震性能。然而,这些智能算法的影响还没有被认为是在规范;因此,考虑到IDB的工程应用,本文使用的结构分析方法是由中国指定代码GB 50011 - 2010 (25]。考虑到结构的优化设计,智能算法将被用来分析结构的抗震性能与IDB墙在后续的研究中。
数据可用性
的数据支持本研究的发现可以在请求从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称他们没有任何商业或关联利益代表的利益冲突与提交的工作。
确认
这项研究得到了陕西省自然科学基金(2021金桥- 876)和科学研究基金会高级人才(XJ17T08)。作者要感谢陕西省重点实验室项目的混凝土结构的安全性和耐久性测试。