本發(fā)明涉及一種鋼筋混凝土構(gòu)件的比熱計(jì)算方法，主要應(yīng)用于養(yǎng)護(hù)完成后鋼筋混凝土構(gòu)件的比熱計(jì)算，可用于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能計(jì)算和構(gòu)件溫度場(chǎng)模擬。
背景技術(shù)：
：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于取材方便、布局的靈活性以及良好的剛度和延展度等多方面優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于建筑施工當(dāng)中。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)于房屋安全性和節(jié)能環(huán)保的要求也越來越高。然而，鋼筋混凝土構(gòu)件澆筑養(yǎng)護(hù)后，在室內(nèi)外溫差和季節(jié)溫差的作用下，構(gòu)件易產(chǎn)生溫度裂縫，甚至?xí)绊懡ㄖ锏氖褂冒踩?。此外，鋼筋混凝土保溫性能較差，造成大量熱量流失。根據(jù)鋼筋混凝土的熱學(xué)性質(zhì)，通過在構(gòu)件表面粘貼或涂抹保溫材料，達(dá)到預(yù)防溫度裂縫和室內(nèi)保溫的目的。因此，對(duì)鋼筋混凝土的熱物理參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)定是十分重要的。比熱反映材料吸熱和放熱的能力，是建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和構(gòu)件溫度場(chǎng)模擬的重要參數(shù)。目前，固體材料比熱的測(cè)定方法主要有混合法、差示掃描量熱法(DSC法)等。混合法基于熱平衡原理，將已知溫度和質(zhì)量的待測(cè)物，投入到質(zhì)量與溫度均已知且充滿水的量熱器中，待其溫度穩(wěn)定，忽略量熱器與外界的熱交換，計(jì)算出待測(cè)物的比熱。差示掃描量熱法(DSC法)是將待測(cè)材料放于DSC儀器中，控制溫度并測(cè)出流入材料中的熱流速度，該熱流速度與待測(cè)材料的比熱成正比，據(jù)此得出待測(cè)材料的比熱。常采用間接DSC法，通過已知比熱的標(biāo)準(zhǔn)樣品與待測(cè)材料的比熱測(cè)試結(jié)果相對(duì)比，計(jì)算出待測(cè)樣品的比熱值。在實(shí)際工程中，鋼筋混凝土構(gòu)件由于施工工藝、環(huán)境溫度變化等因素，使其內(nèi)部材質(zhì)分布不均勻。另外，構(gòu)件尺寸較大并且受施工場(chǎng)地限制，影響實(shí)驗(yàn)儀器的正常使用。上述常用固體材料的測(cè)定方法對(duì)于實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求較高，需專業(yè)實(shí)驗(yàn)人員操作且測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，無法滿足實(shí)際工程的要求。因此，研究開發(fā)鋼筋混凝土構(gòu)件比熱的簡(jiǎn)易測(cè)試方法，具有重大工程實(shí)用價(jià)值。該方法為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)和構(gòu)件溫度場(chǎng)模擬提供保證。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的主要目的是解決上述技術(shù)問題，提供一種鋼筋混凝土構(gòu)件比熱的計(jì)算方法，該方法須具備操作簡(jiǎn)單，不破壞構(gòu)件的特點(diǎn)。能夠方便快捷的計(jì)算鋼筋混凝土構(gòu)件的比熱值，進(jìn)而為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)和構(gòu)件的溫度場(chǎng)模擬提供依據(jù)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)手段是提供一種鋼筋混凝土構(gòu)件比熱的計(jì)算方法，該方法包括以下步驟：(1)根據(jù)構(gòu)件的配筋圖，得出構(gòu)件內(nèi)各型號(hào)鋼筋的直徑di和長(zhǎng)度Li，分別計(jì)算出扣除鋼筋后的鋼筋混凝土構(gòu)件體積V和構(gòu)件內(nèi)鋼筋總質(zhì)量m1。具體計(jì)算公式如下：V=V1-Σ(di2)2Liπ---(1)]]>m1=ρΣ(di2)2Liπ---(2)]]>式(1)與式(2)中，m1代表鋼筋總質(zhì)量，ρ代表鋼筋的密度，V代表扣除鋼筋后的鋼筋混凝土構(gòu)件體積，V1代表構(gòu)件的體積，di代表各型號(hào)鋼筋的直徑，Li代表各型號(hào)鋼筋的長(zhǎng)度。(2)根據(jù)混凝土構(gòu)件的施工配合比，砂：石子：水：水泥＝a：b：d：e，計(jì)算構(gòu)件所用砂、石子、水泥的質(zhì)量分別為m2、m3、m4。具體計(jì)算公式如下：m2:m3:m4＝aV:bV:eV(3)式(3)中，m2、m3、m4分別代表構(gòu)件所用砂、石子、水泥的質(zhì)量，a、b、e分別代表砂、石子、水泥的配合比的值，V代表扣除鋼筋后的鋼筋混凝土構(gòu)件體積V。(3)根據(jù)水泥的種類，確定水與水泥反應(yīng)比α，取22％～25％，計(jì)算構(gòu)件內(nèi)水泥石的質(zhì)量為m4(1+α)。(4)使用水分測(cè)定儀測(cè)定鋼筋混凝土構(gòu)件體積V構(gòu)件含水率w，根據(jù)公式(3)計(jì)算出構(gòu)件內(nèi)孔隙水的質(zhì)量m5。具體計(jì)算公式如下：m5=w[m1+m2+m3+m4(1+α)]1-w---(4)]]>式(4)中，m1、m2、m3、m4、m5分別代表鋼筋、砂、石子、水泥、孔隙水的質(zhì)量，w代表構(gòu)件含水率，α代表水與水泥反應(yīng)比。(5)按照公式(5)進(jìn)行鋼筋混凝土構(gòu)件的比熱計(jì)算。具體計(jì)算公式如下：c=m1c1+m2c2+m3c3+m4c4(1+α)+m5c5m1+m2+m3+m4(1+α)+m5---(5)]]>式(5)中，c1、c2、c3、c4、c5分別代表鋼筋、砂、石子、水泥石、孔隙水的比熱，其余字母所代表含義同步驟(4)。本發(fā)明的效果是本鋼筋混凝土構(gòu)件比熱的計(jì)算方法能夠在不破壞建筑結(jié)構(gòu)的情況下，方便快捷的計(jì)算得到鋼筋混凝土構(gòu)件的比熱，進(jìn)而為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)和構(gòu)件溫度場(chǎng)模擬提供依據(jù)。該方法具備計(jì)算方法明確、操作簡(jiǎn)單、精度高等特點(diǎn)，便于實(shí)際工程中鋼筋混凝土構(gòu)件比熱的確定。通過計(jì)算值與混合法和差示掃描量熱法(DSC法)所測(cè)比熱值的對(duì)比，誤差均小于3％，精度的提高能夠滿足實(shí)際工程中建筑熱值的應(yīng)用，進(jìn)而保證建筑熱工計(jì)算的科學(xué)性。具體實(shí)施方式結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明的鋼筋混凝土構(gòu)件比熱計(jì)算方法加以說明。本發(fā)明提出的鋼筋混凝土構(gòu)件比熱計(jì)算方法依據(jù)的是混合物比熱按質(zhì)量加權(quán)平均計(jì)算的思想。首先確定鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)各組成成分的質(zhì)量，鋼筋混凝土構(gòu)件的比熱即為構(gòu)件內(nèi)各組成成分的比熱乘以其對(duì)應(yīng)質(zhì)量的疊加與總質(zhì)量之比。鋼筋混凝土構(gòu)件主要由鋼筋、砂、石子、水泥石和孔隙水構(gòu)成。根據(jù)構(gòu)件的配筋圖，得出構(gòu)件內(nèi)各型號(hào)鋼筋的直徑和長(zhǎng)度，計(jì)算構(gòu)件內(nèi)鋼筋的總體積，進(jìn)而得出構(gòu)件內(nèi)鋼筋總質(zhì)量；根據(jù)混凝土構(gòu)件的施工配合比，計(jì)算構(gòu)件所需砂、石子和水泥質(zhì)量；根據(jù)水泥的質(zhì)量和水泥水化反應(yīng)理論用水量，計(jì)算水泥石質(zhì)量；使用水分測(cè)定儀測(cè)定構(gòu)件含水率，計(jì)算構(gòu)件內(nèi)孔隙水質(zhì)量。鋼筋、砂、石子、水、水泥石的比熱由相關(guān)文獻(xiàn)和資料獲得。本發(fā)明的鋼筋混凝土構(gòu)件比熱的計(jì)算方法包括以下步驟：(1)根據(jù)鋼筋混凝土構(gòu)件的配筋圖，得出構(gòu)件內(nèi)各型號(hào)鋼筋的直徑di和長(zhǎng)度Li，分別計(jì)算出扣除鋼筋后的鋼筋混凝土構(gòu)件體積V和構(gòu)件內(nèi)鋼筋總質(zhì)量m1，具體計(jì)算公式如下：V=V1-Σ(di2)2Liπ---(1)]]>m1=ρΣ(di2)2Liπ---(2)]]>式(1)與式(2)中，m1代表鋼筋總質(zhì)量，ρ代表鋼筋的密度，V代表扣除鋼筋后的鋼筋混凝土構(gòu)件體積，V1代表構(gòu)件的體積，di代表各型號(hào)鋼筋的直徑，Li代表各型號(hào)鋼筋的長(zhǎng)度；(2)根據(jù)鋼筋混凝土構(gòu)件的施工配合比，砂：石子：水：水泥＝a：b：d：e，計(jì)算構(gòu)件所用砂、石子、水泥的質(zhì)量m2、m3、m4，具體計(jì)算公式如下：m2:m3:m4＝aV:bV:eV(3)式(3)中，m2、m3、m4分別代表構(gòu)件所用砂、石子、水泥的質(zhì)量，a、b、e分別代表砂、石子、水泥配合比的值，V代表扣除鋼筋后的鋼筋混凝土構(gòu)件體積；(3)根據(jù)水泥的種類，確定水與水泥反應(yīng)比α，取22％～25％，則計(jì)算得到構(gòu)件內(nèi)水泥石的質(zhì)量為m4(1+α)；(4)使用水分測(cè)定儀測(cè)定鋼筋混凝土構(gòu)件含水率w，根據(jù)公式(3)計(jì)算出構(gòu)件內(nèi)孔隙水的質(zhì)量m5，具體計(jì)算公式如下：m5=w[m1+m2+m3+m4(1+α)]1-w---(4)]]>式(4)中，m1、m2、m3、m4、m5分別代表鋼筋、砂、石子、水泥、孔隙水的質(zhì)量，w代表構(gòu)件含水率，α代表水與水泥反應(yīng)比；(5)計(jì)算鋼筋混凝土構(gòu)件的比熱，具體計(jì)算公式如下：c=m1c1+m2c2+m3c3+m4c4(1+α)+m5c5m1+m2+m3+m4(1+α)+m5---(5)]]>式(5)中，c1、c2、c3、c4、c5分別代表鋼筋、砂、石子、水泥石、孔隙水的比熱，m1、m2、m3、m4、m5分別代表鋼筋、砂、石子、水泥、孔隙水的質(zhì)量，w代表構(gòu)件含水率，α代表水與水泥反應(yīng)比。本發(fā)明的鋼筋混凝土構(gòu)件比熱的計(jì)算方法通過實(shí)施例詳細(xì)說明：實(shí)施例：某矩形鋼筋混凝土構(gòu)件截面尺寸b×h＝250mm×500mm，計(jì)算長(zhǎng)度l為1000mm。采用混凝土等級(jí)C30，其配合比為水：水泥：砂：石子＝175kg：461kg：512kg：1252kg；均采用HRB400級(jí)鋼筋，鋼筋長(zhǎng)度均為1000mm，在矩形鋼筋混凝土構(gòu)件底部配置有2根直徑18的HRB400級(jí)鋼筋和2根直徑20的HRB400級(jí)鋼筋，鋼筋的密度ρ均為7.85g/cm3，材料比熱見表1。試計(jì)算某矩形鋼筋混凝土構(gòu)件的比熱。表1材料比熱容1.本發(fā)明的鋼筋混凝土比熱計(jì)算方法計(jì)算(1)根據(jù)上文可知，構(gòu)件內(nèi)各型號(hào)鋼筋的直徑分別為18mm、20mm，鋼筋長(zhǎng)度均為1000mm。計(jì)算出扣除鋼筋后構(gòu)件的體積V和構(gòu)件內(nèi)鋼筋總質(zhì)量m1，具體計(jì)算如下：V=V1-Σ(di2)2Liπ=0.25×0.5×1-[(0.0182)2×1×π+(0.022)2×1×π]=0.12443(m3)]]>m1=ρΣ(di2)2Liπ=7.85×103×2×[(0.0182)2×1×π+(0.022)2×1×π]=8.949(kg)]]>(2)根據(jù)混凝土構(gòu)件的施工配合比，水：水泥：砂：石子＝175kg：461kg：512kg：1252kg，計(jì)算構(gòu)件所用砂的質(zhì)量m2、石子的質(zhì)量m3和水泥的質(zhì)量m4分別為63.708kg、155.786kg、57.326kg，具體計(jì)算如下：m2:m3:m4＝(0.12443×512)kg:(0.12443×1252)kg:(0.12443×461)kg＝63.708kg：155.786kg：57.326kg(3)根據(jù)水泥的種類，確定水與水泥反應(yīng)比為24％，計(jì)算水泥石的質(zhì)量為71.084kg。(4)使用水分測(cè)定儀測(cè)定構(gòu)件含水率為4.6％，根據(jù)公式(4)計(jì)算出構(gòu)件內(nèi)孔隙水的質(zhì)量m5，具體計(jì)算如下：m5=w[m1+m2+m3+m4(1+α)]1-w=4.6%×[8.949+63.708+155.786+57.326×(1+24%)]1-4.6%=14.443(kg)]]>(5)按照公式(5)進(jìn)行鋼筋混凝土構(gòu)件的比熱計(jì)算，具體計(jì)算式為：2.混合法和差示掃描量熱法(DSC法)測(cè)定比熱方法取與方法1中所述的鋼筋混凝土構(gòu)件，分別采用混合法和差示掃描量熱法(DSC法)進(jìn)行比熱測(cè)試，并對(duì)方法1所獲取的比熱計(jì)算值與測(cè)定的比熱值進(jìn)行誤差分析，如表2所示。表2實(shí)驗(yàn)所測(cè)比熱容由表2分析可知，鋼筋混凝土構(gòu)件比熱的計(jì)算值與混合法所測(cè)比熱值誤差為2.71％，與差示掃描量熱法(DSC法)誤差為1.58％，常規(guī)測(cè)試方法與本發(fā)明的理論計(jì)算方法之間的誤差均小于3％。精度的提高能夠滿足實(shí)際工程中建筑熱值的應(yīng)用，進(jìn)而保證建筑熱工計(jì)算的科學(xué)性。與目前比熱的測(cè)定方法相比，該方法具有理論清晰、操作簡(jiǎn)單、不破壞構(gòu)件等特點(diǎn)，便于實(shí)際工程中鋼筋混凝土構(gòu)件比熱的確定。當(dāng)前第1頁1 2 3