03.30 玻璃纤维 马耀涵学习翻译

玻璃纤维 马耀涵学习翻译

第一作者：Gregory Woltmana, Martin Noel b, Amir Fama,

研究亮点：玻璃纤维剪力连接件保温混凝土夹芯板热性能的试验和数值研究

研究简介：

采用热箱装置测试了一种由混凝土、隔热材料和连接件组成的结构夹层板的新设计，以评估其热性能和能效。预制面板的三种材料被布置成提供结构和热效率。这项工作的主要目的是找到不同设计的新面板的热阻( R值)。使用热箱方法测试了十种不同的面板。每个面板都有独特的设计，以确定设计对面板热性能的影响。设计参数包括连接件的数量、尺寸、分布和材料，以及混凝土螺柱的数量和间距。

要点一：玻璃纤维剪力连接件保温混凝土夹芯板热性能的试验和数值研究简介

空间加热和冷却不断增加的经济和环境成本重新引起了人们对改善建筑围护结构热阻的兴趣。与此同时，不断上涨的建筑成本正促使设计者选择预制构件，这些构件的施工质量控制更高，比传统施工时间更短。预制混凝土夹层板( CSPs )，也称为隔热混凝土墙或整体隔热墙，是满足这两种需求的热效率高的预制构件。CSPs的热特性主要取决于绝缘层、连接器元件和内部外壳的特性。由于外部隔热层位于隔热层之外，并且通常对热传递几乎没有阻力，所以它对面板的热效率几乎没有影响。在现代CSPs中，绝缘层由1到4英寸的膨胀或挤压聚苯乙烯绝缘层组成。隔热层的穿透降低了隔热层的电阻，称为热"桥"。热桥的主要来源是在两个翼之间传递结构力的连接件。通过连接器的热传递取决于所需连接器的数量、连接器所用的材料以及每个连接器的尺寸。但是，需要大面积的混凝土，这就形成了一个巨大的热桥。

在过去的二十年里，不断上涨的能源价格鼓励了传统钢筋设计的替代品的开发，[ 8 ]。玻璃纤维增强塑料(也称为玻璃纤维)材料的导热率明显低于钢(范围在钢的1 / 60到1 / 13之间)，并且需要比混凝土更少的桥接面积来将两个腹板固定在一起，[ 18，5 ]。然而，尽管有一些关于结构性能的研究(例如，[ 6，16，3，4，15，10，11，17 )，但关于玻璃纤维增强塑料加固件热性能的研究非常有限，特别是对于全尺寸墙板。所以研究关于玻璃纤维增强塑料剪切连接件的碳纤维增强塑料热效率的极其有限的数据做出贡献。

要点二：研究关于玻璃纤维增强塑料剪切连接件的碳纤维增强塑料热效率的面板设计

CSPs由两个50毫米厚的混凝土板组成，由150毫米厚的硬质泡沫绝缘材料隔开。如图2所示，混凝土柱放置在隔热层内。螺柱与页眉和页脚相连，但没有直接连接到两个翼板中的任何一个。剪力连接件用于连接穿过混凝土螺柱的两个腹板。螺柱的目的是支撑连接件，以减少其剪切变形，从而增强面板的整体复合作用。连接器使用两种材料，即玻璃纤维增强塑料和不锈钢。玻璃纤维增强塑料连接器具有直径为6.3毫米、9.5毫米或12.7毫米的圆形横截面，并且两端都被削尖，以便于安装和避免出现在墙壁的两侧。它们的表面用螺旋槽砂纸打磨，以增加抗拔力。

图2 测试面板结构

要点三：实验结果

1 .校准测试

在CSP测试之前，对已知导热系数的泡沫绝缘片进行测试，以确定计量室的未知热泄漏年龄。泡沫板的厚度为100毫米。输入能量和能量损失由公式1至9确定。输入和输出能量之间的任何差异都被认为是通过计量室壁和计量室与气候室之间的连接空间( Qleak )的未确定的能量泄漏。校准测试在不同的外部环境条件下重复三次，以确保结果一致。通过三次校准测试获得的平均未确定热泄漏约为总能量的5 - 7 %。对于本研究的目的，CSP试验的估计泄漏损失最初被视为输入能量的5 %。

2 .CSP测试

如表1所示，在热箱设备中测试了10块面板。测试结果总结在表3中。有时在同一样本上进行几项测试，以评估结果的可变性；这些测试结果用后缀"a"、"b"和"c"表示。基于校准研究的结果，CSP测试的估计热泄漏损失被视为输入能量的5 %。为了研究这一假设的含义，进行了从4 %到7 %的泄漏损失范围内的灵敏度分析。如表4所示，假设的泄漏值对计算出的R值有很小的影响，但不是微不足道的；与表3中给出的R值的最大偏差约为10 %或更小。

关于计算的R值，其他因素也值得考虑。例如，加热线圈的电阻(计算时取19欧姆)实际上在18.3欧姆和20.5欧姆之间波动。假设泄漏值为7 %，加热线圈电阻的影响总结在表5中。在大多数情况下，加热线圈电阻导致计算出的电阻值变化约为20 %或更小，尽管在三种情况下差异超过30 %。

要点四：建模成果

根据一维传热模型预测的热阻值总结在表6中。用简单的一维模型预测的CSPs热阻与实验结果没有非常好的相关性。从分析到实验的比值范围为15 %到+ 45 %。此外，连接器特性对使用这种方法的面板的预测热阻几乎没有影响，主要是因为它们的横截面积小。为了进一步探索模型和实验结果之间差异的潜在来源，我们进行了一项简单的参数研究，以检查对计算的R值所做的各种假设的作用。

1 .保温材料和混凝土热性能的影响

CSP中的聚苯乙烯泡沫塑料内部绝缘假定导热系数为0.029毫焦/瓦( ASHRAE，1997年)。对于0.02至0.06范围内的各种热导率值，重复对样品CSP 8的分析；结果总结在图11(a )中。绝缘材料的热导率对CSP的计算R值有显著影响，从0.02瓦/毫瓦的热导率的5.6毫瓦/瓦到0.06瓦/毫瓦的热导率的2.07毫瓦/瓦。0.042瓦/毫瓦的热导率值提供了一个与2.84毫瓦/瓦的平均实验值相匹配的R值。平均而混凝土热导率从1.4瓦/毫瓦变化到3从该分析可以清楚地看出，绝缘层的性能是影响CSPs热阻的最关键参数。

就一维传热模型而言，还可以证明，在适当使用材料特性、热损失值、环境条件的影响、波动条件、面板均匀性以及确定将热桥纳入分析的最佳方式方面存在相当大的不确定性。所提出的模型是基于三条传热路径组合的CSPs热阻的简单近似，但没有考虑面板各部件之间的相互作用和能量损失的可能性。

通过每种材料之间的界面。然而，泡沫隔热材料的热性能似乎对模型结果有最显著的影响。建议对单个部件进行进一步测试，并对面板各元件之间的热相互作用进行更严格的分析，以便更好地理解带有玻璃纤维增强塑料连接器的结构夹层面板中的热传递机制。

要点五：结论

为了研究新型玻璃纤维增强塑料剪切连接件的热阻，进行了实验测试。通常情况下，大型样品在标准热箱设备中进行测试，并使用一维传热模型预测结果。本研究旨在为目前关于玻璃纤维增强塑料剪切连接件的碳纤维增强塑料热效率的极其有限的数据做出贡献。根据这项研究的结果，可以得出以下结论:

1.玻璃纤维增强复合材料与钢增强复合材料相比可提供同等或更好的热阻，因为玻璃纤维增强复合材料的热导率低于钢，因此可将热桥效应降至最低。实验值在2.84到4.68毫焦/瓦之间，而钢筋控制面板的实验值为2.74毫焦/瓦。

2.虽然混凝土螺柱的数量以及连接件的尺寸和数量对试验R值有一定的影响，但与试验结果的可变性相比，这些影响相对较小，并且一些趋势是不确定的。

3.尽管为减少或控制测试和分析中的误差付出了很大的努力，但观察到实验测试结果有很大的可变性。这些主要归因于外部因素、不确定的热损失和波动的综合作用

当前测量值。在许多情况下，实验的可变性超过了测试的不同面板之间相对较小的设计差异的影响。建议对单个组件和接口进行额外测试，最好是在受控的室内条件下。

4.建立了一维传热模型，并用于估算玻璃纤维增强复合材料增强复合材料的阻尼比。由于模型固有的简化和假设以及对输入材料特性的敏感性，从分析到实验的R值在15 %到+ 45 %之间。

5.内保温泡沫层的导热系数是影响模型中预测R值的最重要参数，而混凝土导热系数对墙体预测R值的准确性影响不大。