桥用相变材料自调温机理与试验研究
发布时间：2023-01-31 03:01
“十三五”规划以来,我国公路建设仍处于快速发展时期,混凝土箱体结构以其施工快捷、结构刚度大、行车平顺等优点得到广泛应用,是城市快速路、高速公路中大桥的首选结构形式。然而,由于混凝土材料导热性差,在日照辐射、空气对流、热辐射等温度荷载作用下,混凝土箱梁结构易形成较大的温度梯度应力,严重影响桥梁运营的安全性及耐久性。本文打破常规的温度裂缝控制思路,提出利用相变材料来改善箱梁结构温度场分布的新方法,通过机理分析、试验研究、数值模拟,开展桥用相变材料的研发与自调温效果研究分析。首先,基于相变储热理论,解析了复合定形相变材料的储热阶段表达形式,并结合混凝土结构吸热温升理论,推导出了理想绝热条件下相变储热混凝土的吸热温升计算方法,从机理上验证了利用相变材料的储热特性能够达到降低混凝土吸热温升过程及自调温的效果。其次,从相变特性、热稳定性、化学兼容性、经济性等方面对相变材料进行分类筛选研究,优选出了两种适用于桥梁结构的相变原材料——月桂酸（LA）、聚乙二醇（PEG）;综述研究了复合定形相变材料的制备及性能,分别采用多孔吸附、溶胶-凝胶法制备得到了月桂酸/膨胀石墨（LA/EG-CPCMs）、聚乙二醇/...
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究目的及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 相变储热材料研究现状
1.2.2 混凝土箱梁温度应力场研究现状
1.2.3 相变材料在混凝土温控中的应用现状
1.3 主要研究内容
1.4 本章小结
第二章 相变材料自调温机理研究
2.1 相变储热材料概述
2.2 相变储热材料吸热温升理论
2.2.1 相变材料储热阶段分析
2.2.2 复合定形相变材料的储热阶段分析
2.3 普通混凝土结构吸热温升理论
2.4 相变储热混凝土的自调温机理
2.5 本章小结
第三章 桥用相变储热材料的制备与性能研究
3.1 桥用相变储热材料筛选
3.1.1 选择依据
3.1.2 相变材料的筛选
3.2 复合定形相变材料的制备方法
3.2.1 多孔基体吸附法
3.2.2 微胶囊封装法
3.2.3 大体积封装法
3.2.4 纳米技术封装法
3.3 LA/EG-CPCMs的制备与性能表征
3.3.1 实验原材料与方法
3.3.2 吸附效果分析
3.3.3 相容性分析
3.3.4 DSC分析
3.3.5 相变循环稳定性
3.4 PEG/SiO2-CPCMs的制备与性能表征
3.4.1 实验原材料与方法
3.4.2 吸附效果分析
3.4.3 相容性分析
3.4.4 DSC分析
3.4.5 相变循环稳定性
3.5 本章小结
第四章 相变储热混凝土的性能与自调温效果研究
4.1 相变混凝土的制备
4.1.1 原材料
4.1.2 配合比设计
4.2 相变混凝土的力学性能试验
4.2.1 常温状态试件抗压强度
4.2.2 高温状态试件抗压强度
4.3 相变混凝土的热物理性能试验
4.3.1 导热系数
4.3.2 比热容值
4.4 相变混凝土的自调温效果试验
4.4.1 室内降温性能测试方法
4.4.2 理论降温效果
4.4.3 实测降温结果
4.5 本章小结
第五章 相变储热桥梁箱体结构温度及应力场分布模拟
5.1 概述
5.2 桥梁结构中的温度场分布理论
5.2.1 温度场导热微分方程及边界条件
5.2.2 太阳日辐射效应
5.2.3 箱梁温度场边界条件求解
5.3 实体工程分析
5.3.1 工程概况
5.3.2 测点布置及测量方法
5.3.3 大气环境与日照辐射计算
5.3.4 工程环境温度场边界条件确定
5.4 多尺度桥梁结构温度-应力耦合场模型计算
5.4.1 多尺度模型理论
5.4.2 模型建立及施加荷载
5.4.3 普通砼桥梁结构温度-应力分布情况
5.4.4 相变储热桥梁结构温度-应力分布改善情况
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要研究结论
6.2 创新点
6.3 展望
致谢
参考文献
在学期间发表的论文和取得的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]单箱多室混凝土箱梁结构的温度场预测[J]. 盛焰正,刘国坤,赵海军. 中外公路. 2018(04)
[2]2017年交通运输行业发展统计公报[J]. 重型汽车. 2018(02)
[3]膨胀石墨/聚乙二醇复合相变材料控温效果及与沥青相容性研究[J]. 林浩东,张东,陈美祝,吴少鹏,万九鸣,孔德智. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2018(01)
[4]二元脂肪酸/硅藻土助滤剂定形相变复合材料的制备及性能[J]. 孟多,赵康,王东旭. 复合材料学报. 2018(09)
[5]大跨度连续刚构桥日照温度场研究[J]. 李姗姗,朱蕾,顾斌,傅嘉诚,黄铭. 山西建筑. 2017(32)
[6]癸酸-棕榈酸/硅藻土储能石膏复合材料的制备与性能[J]. 石文华,朱兴元,朱教群,刘凤利,李儒光,张弘光. 储能科学与技术. 2017(06)
[7]月桂酸-十四醇二元复合相变材料的相变特性[J]. 蔡伟,孙志高,马鸿凯,张爱军,李成浩,王茂. 太阳能学报. 2017(09)
[8]癸酸-棕榈酸/膨胀珍珠岩定型相变材料的制备与热性能[J]. 叶志林,魏婷,易红玲,赵媛媛,郑柏存. 华东理工大学学报(自然科学版). 2017(04)
[9]癸酸-棕榈酸-硬脂酸/膨胀石墨蓄能复合相变材料的制备与热性能研究[J]. 黄雪,崔英德,尹国强,张步宁,冯光炷. 材料导报. 2017(14)
[10]石蜡/硅藻土定型相变材料的结构和热性能[J]. 赵思勰,晏华,李云涛,汪宏涛,胡志德. 材料研究学报. 2017(07)
博士论文
[1]复合相变储热沥青路面材料研制及降温机理[D]. 何丽红.重庆交通大学 2016
[2]寒区大跨径混凝土箱梁桥温度场及温度效应分析[D]. 聂玉东.哈尔滨工业大学 2013
[3]大跨度连续刚构桥设计若干关键技术问题研究[D]. 何波.华中科技大学 2007
硕士论文
[1]膨胀珍珠岩复合相变储能材料的制备及其在外墙保温中的应用研究[D]. 胡现石.西南石油大学 2017
[2]脂肪酸/硅藻土定形相变材料的制备及建筑节能应用研究[D]. 王东旭.辽宁工业大学 2017
[3]相变蓄热骨料的制备及其对混凝土性能的影响[D]. 肖慧娟.哈尔滨工业大学 2016
[4]相变储能陶粒的制备及其性能研究[D]. 林性水.福州大学 2016
[5]多元复合相变墙体材料的性能研究[D]. 夏琳.武汉轻工大学 2015
[6]膨胀石墨/水合盐复合定型相变材料制备与性能分析[D]. 冷从斌.云南师范大学 2015
[7]结构—功能一体化钢球相变储能混凝土的研发及其性能研究[D]. 柴苗.深圳大学 2015
[8]异形混凝土箱梁桥温度场与温度应力分析[D]. 郭能荣.长安大学 2014
[9]多元复合相变材料的制备及其在建筑节能中的应用研究[D]. 吴陶俊.沈阳建筑大学 2015
[10]混凝土箱体结构温度场及温度效应分析[D]. 唐杰.重庆交通大学 2014
本文编号：3733664
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究目的及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 相变储热材料研究现状
1.2.2 混凝土箱梁温度应力场研究现状
1.2.3 相变材料在混凝土温控中的应用现状
1.3 主要研究内容
1.4 本章小结
第二章 相变材料自调温机理研究
2.1 相变储热材料概述
2.2 相变储热材料吸热温升理论
2.2.1 相变材料储热阶段分析
2.2.2 复合定形相变材料的储热阶段分析
2.3 普通混凝土结构吸热温升理论
2.4 相变储热混凝土的自调温机理
2.5 本章小结
第三章 桥用相变储热材料的制备与性能研究
3.1 桥用相变储热材料筛选
3.1.1 选择依据
3.1.2 相变材料的筛选
3.2 复合定形相变材料的制备方法
3.2.1 多孔基体吸附法
3.2.2 微胶囊封装法
3.2.3 大体积封装法
3.2.4 纳米技术封装法
3.3 LA/EG-CPCMs的制备与性能表征
3.3.1 实验原材料与方法
3.3.2 吸附效果分析
3.3.3 相容性分析
3.3.4 DSC分析
3.3.5 相变循环稳定性
3.4 PEG/SiO2-CPCMs的制备与性能表征
3.4.1 实验原材料与方法
3.4.2 吸附效果分析
3.4.3 相容性分析
3.4.4 DSC分析
3.4.5 相变循环稳定性
3.5 本章小结
第四章 相变储热混凝土的性能与自调温效果研究
4.1 相变混凝土的制备
4.1.1 原材料
4.1.2 配合比设计
4.2 相变混凝土的力学性能试验
4.2.1 常温状态试件抗压强度
4.2.2 高温状态试件抗压强度
4.3 相变混凝土的热物理性能试验
4.3.1 导热系数
4.3.2 比热容值
4.4 相变混凝土的自调温效果试验
4.4.1 室内降温性能测试方法
4.4.2 理论降温效果
4.4.3 实测降温结果
4.5 本章小结
第五章 相变储热桥梁箱体结构温度及应力场分布模拟
5.1 概述
5.2 桥梁结构中的温度场分布理论
5.2.1 温度场导热微分方程及边界条件
5.2.2 太阳日辐射效应
5.2.3 箱梁温度场边界条件求解
5.3 实体工程分析
5.3.1 工程概况
5.3.2 测点布置及测量方法
5.3.3 大气环境与日照辐射计算
5.3.4 工程环境温度场边界条件确定
5.4 多尺度桥梁结构温度-应力耦合场模型计算
5.4.1 多尺度模型理论
5.4.2 模型建立及施加荷载
5.4.3 普通砼桥梁结构温度-应力分布情况
5.4.4 相变储热桥梁结构温度-应力分布改善情况
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要研究结论
6.2 创新点
6.3 展望
致谢
参考文献
在学期间发表的论文和取得的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]单箱多室混凝土箱梁结构的温度场预测[J]. 盛焰正,刘国坤,赵海军. 中外公路. 2018(04)
[2]2017年交通运输行业发展统计公报[J]. 重型汽车. 2018(02)
[3]膨胀石墨/聚乙二醇复合相变材料控温效果及与沥青相容性研究[J]. 林浩东,张东,陈美祝,吴少鹏,万九鸣,孔德智. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2018(01)
[4]二元脂肪酸/硅藻土助滤剂定形相变复合材料的制备及性能[J]. 孟多,赵康,王东旭. 复合材料学报. 2018(09)
[5]大跨度连续刚构桥日照温度场研究[J]. 李姗姗,朱蕾,顾斌,傅嘉诚,黄铭. 山西建筑. 2017(32)
[6]癸酸-棕榈酸/硅藻土储能石膏复合材料的制备与性能[J]. 石文华,朱兴元,朱教群,刘凤利,李儒光,张弘光. 储能科学与技术. 2017(06)
[7]月桂酸-十四醇二元复合相变材料的相变特性[J]. 蔡伟,孙志高,马鸿凯,张爱军,李成浩,王茂. 太阳能学报. 2017(09)
[8]癸酸-棕榈酸/膨胀珍珠岩定型相变材料的制备与热性能[J]. 叶志林,魏婷,易红玲,赵媛媛,郑柏存. 华东理工大学学报(自然科学版). 2017(04)
[9]癸酸-棕榈酸-硬脂酸/膨胀石墨蓄能复合相变材料的制备与热性能研究[J]. 黄雪,崔英德,尹国强,张步宁,冯光炷. 材料导报. 2017(14)
[10]石蜡/硅藻土定型相变材料的结构和热性能[J]. 赵思勰,晏华,李云涛,汪宏涛,胡志德. 材料研究学报. 2017(07)
博士论文
[1]复合相变储热沥青路面材料研制及降温机理[D]. 何丽红.重庆交通大学 2016
[2]寒区大跨径混凝土箱梁桥温度场及温度效应分析[D]. 聂玉东.哈尔滨工业大学 2013
[3]大跨度连续刚构桥设计若干关键技术问题研究[D]. 何波.华中科技大学 2007
硕士论文
[1]膨胀珍珠岩复合相变储能材料的制备及其在外墙保温中的应用研究[D]. 胡现石.西南石油大学 2017
[2]脂肪酸/硅藻土定形相变材料的制备及建筑节能应用研究[D]. 王东旭.辽宁工业大学 2017
[3]相变蓄热骨料的制备及其对混凝土性能的影响[D]. 肖慧娟.哈尔滨工业大学 2016
[4]相变储能陶粒的制备及其性能研究[D]. 林性水.福州大学 2016
[5]多元复合相变墙体材料的性能研究[D]. 夏琳.武汉轻工大学 2015
[6]膨胀石墨/水合盐复合定型相变材料制备与性能分析[D]. 冷从斌.云南师范大学 2015
[7]结构—功能一体化钢球相变储能混凝土的研发及其性能研究[D]. 柴苗.深圳大学 2015
[8]异形混凝土箱梁桥温度场与温度应力分析[D]. 郭能荣.长安大学 2014
[9]多元复合相变材料的制备及其在建筑节能中的应用研究[D]. 吴陶俊.沈阳建筑大学 2015
[10]混凝土箱体结构温度场及温度效应分析[D]. 唐杰.重庆交通大学 2014
本文编号：3733664
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