混凝土结构日照效应计算中换热参数的修正

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发布时间：2021-09-18

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混凝土结构日照效应计算中换热参数的修正
刘照球’，万福磊。张吉2
(1．盐城工学院土木工程学院，江苏盐城224051；2．中国建筑科学研究院，北京100013)
摘要：日照辐射作用下换热参数的合理计算会直接影响混凝土结构温度效应分析结果的优劣。综合分析建筑和桥梁混凝土结构服役
过程的实际情况，考虑风速、温差、结构朝向、所处位置等环境因素的变化，对通过试验室取得的混凝土表面对流换热、总热换热参数进行
合理修正。由于风速和结构朝向是影响换热参数的主要因素，计算公式中主要针对这两个因素进行修正，提出符合实际情况的混凝土表
面对流换热、总热换热参数计算公式，为混凝土结构日照效应分析中换热参数的计算提供较精确的方法。
关键词：混凝土结构；日照作用；温度效应分析；换热参数修正
中图分类号： TU528．Ol 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2012)l】一O128—04
Amendment of heat transfer parameters in the calculation of solar action for concrete structure
LIUZhao—qiu ．WAN Fu-lei2,ZHANGJi
(1．School ofCivil Engineering，Yancheng Institute ofTechnology，Yancheng 224051．China
2．ChinaAcademyofBuildingResearch，Beijing 100013，China)
Abstract： The rational calculation of heat transfer parameters under solar radiation WOuld directly influence也e analysis results of temperature
efect for concrete structure．Comprehensive anabrsis of the actual situation of the building and bridge coD_crete structure during their service peri—
ods，and taking into account the change of environmental factors such as the wind speed，temperature，structural orientation and location．the pa．
rameters of the convective heat transfer and tota1 heat transfer，which obtained jn the laboratory，were amended respectively．For the calculation of
the heat transfor parameters，the wind speed and structural orientation were the main influence factors，the calculation formulas were amended in
light ofthe two influence factors．The calculation formulas provided could consider the actua1 environmental situation ofthe concrete surfaCC．and
gave more accurate methods for calculating the heat transfer parameters in the analysis ofthe solar action ofconcrete structure
Keywords： concrete structure；solaraction；temperature effect analysis；heattransferparametersam endment
0 引言
处于自然环境中的混凝土结构，在其生命周期过程中长期
经受风雨雪和日照辐射的作用。目前，日照辐射作为主要因素所
导致的混凝土结构开裂或变形过大问题已屡见不鲜，建筑结构
中大面积通直剪力墙、桥梁结构中高索塔、高速铁路长直轨道
梁等通长混凝土结构类型的应用也加速了对这类问题的研究。
日照辐射主要会引起混凝土表面发生导热、换热、吸收、膨胀等
作用，其中换热又包含对流换热和辐射换热，为混凝土结构温
度效应分析中各类热工指标中的重要参数，二者之和又称为总
热换热参数。
混凝土材料的导热、吸收和膨胀系数在热工学科中有其固
定的取值范围，但换热参数由于其影响因素较多，比较难以确
定其取值范围。以前对于混凝土换热参数的研究较少，或者是仅
局限于个案分析。随着国内各类通长混凝土结构的建设和应
用，混凝土结构由于日照作用所导致的裂缝或变形问题已经不
容忽视，相应地，对混凝土换热参数的研究也越来越多。刘文燕
等研究了热工参数对混凝土结构温度场的影响[1]，张建荣等对
混凝土表面换热参数进行了系统的试验研究】，肖建庄、宋志
文等针对混凝土结构在日照作用下的各种热工参数进行了系
收稿日期：2012-05—16
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统的分析，王伟等基于日照辐射研究了非线性温差作用下的
混凝土结构的温度应力，刘红波等研究了太阳辐射下弦支穹
顶叠合拱结构的温度效应，孙国富对大跨度钢管混凝土拱桥
13照温度效应理论和应用进行了系统的研究㈣。
笔者曾对混凝土表面换热参数取值进行了系列的试验室
研究，取得了求解换热参数的一般公式⋯]。但在后期的实际工程
应用中发现，试验室得出的参数求解公式由于忽略了风速紊变
和结构朝向等因素影响，在混凝土结构日照温度场计算时常常
会导致结果偏低。本研究针对建筑结构和桥梁结构两种混凝土
结构类型服役过程的实际情况，结合考虑不同学者的研究结论
和各种环境因素，其中主要以风速为主，并结合结构朝向因素，
提出对试验室的取值公式进行一定修正，为混凝土结构日照效
应分析中换热参数的计算提供较精确的方法。
1 换热参数的试验室取值公式
为确切分析换热对混凝土温度作用的一般规律，笔者曾对
混凝土表面的自然换热和受迫换热进行了系列试验研究，并给
出了混凝土表面换热参数试验室取值公式