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关键字:新型材料,装饰,室内设计,应用
中图分类号: S611 文献标识码: A
一、前言
近几年装饰业的发展带动了装饰材料行业的快速发展,新材料的研发和使用也促进了装饰行业的进步。新型装饰材料在室内装饰过程起着举足轻重的作用。
二、新型装饰材料的介绍
室内装饰材料是指用于建筑物内部墙面、天棚、柱面、地面等的罩面材料。严格地说,应当称为室内建筑装饰材料。而现代新型室内装饰材料,不仅能改善室内的艺术环境,使人们得到美的享受,同时还兼有绝热、防潮、防火、吸声、隔音等多种功能,起着保护建筑物主体结构,延长其使用寿命以及满足某些特殊要求的作用,是现代建筑装饰不可缺少的一类材料。
三、新型装饰材料的种类及其应用
瓷质抛光砖
它是国内外非常流行的新型装饰材料,具有坚硬耐磨、抗冻防污、耐酸碱、光亮华丽、经久如新的特点。装饰效果可与花岗岩比美。其种类有无釉抛光砖、花岗岩抛光砖、幻彩抛光砖和渗花抛光砖四大系列上百个品种。
2、防滑、耐磨地板地砖
这种地板砖是在塑胶材料中掺入适量的金刚砂或其他硬质耐磨材料,经配料、混合、搅拌、挤塑、压延制成地板块或地砖。具有耐磨、防滑的良好性能,并兼有防水、防油、防酸碱的性能,卫生和装饰效果良好。制作者在国内申请了专利。
3、软石地板(装饰新宠)
其是以天然大理石粉及多种高分子材料合成的新一代高档建筑装饰材料。它既有天然大理石的纹理,又有特殊的图案与性能,具有柔、轻、坚、防滑、防火阻燃、安装简单,是物美价廉的一种符合潮流的环保装饰材料。我国政府及有关部门,对推广使用绿色环保建材非常重视,由于软石地板具有节能无污染、可回收再利用的优点,被愈来愈多的专家消费者青睐,成为时下消费新时尚。
4、高科技、无毒、无污染、高强度木质材料(引导家庭装饰新潮流)
在欧洲流行一种高科技,无毒、无污染、高强度装饰板,现在国内已生产并走俏市场。这种装饰板表面呈枫木、榉木、柚木、樱桃木等丰富纹理饰面,可制成能拆卸护墙板、强化地板、吊顶板、踢脚 板等木制品。不需要大面积施工,可节能木材和提高利用率。优点是工艺简单、加工制做快捷方便、安全卫生。
5、新型装饰材料-玻晶砖问世
一种能实现建材工业清洁生产的玻晶砖装饰材料在西北轻工业学院研制成功。其特点是:(1)以碎玻璃为原料,加入极少量其他配合料(粘土),低温烧成,二氧化碳废气的排放减少25%,达到清洁生产成本低于其他同类建材产品。(2)性能优异,与烧结法生产的微晶玻璃饰面板材性能相当,硬 度高、强度大,使用范围广,并可长期反复使用于不同的场合。(3)产品可回收循环利用,为我国碎玻璃的利用开辟了一条新途径。
6、水晶玻璃内墙砖
该砖集水晶、玻璃、瓷砖的主要特征于一身,既有水晶明快亮丽,又像玻璃晶莹剔透,更似瓷砖坚固耐久。其内在质量经强化处理而得。经有关部门测试证明,它的吸水率、耐冷热变化、耐磨损、耐腐蚀、抗折强度、规格尺寸等性能指标完全符合国家标准,而且达到了国际水平。该砖属美感产品,有白、粉、红、水蓝、浅驼色五大色系,又有深、中、浅不同色彩的变化。当辅以单花、腰带、单双园弧等配件装饰时,使室内呈现立体感和层次感,浑然一体,极富有艺术感染力。
7、赖特利(WRIGHT.L)海底化石地砖
该砖由法国赖特利总部原品引进,每块化石图案都出自法国名设计师并且是手工绘制,承袭16-18世纪欧洲古典建筑风范,匠心独具地展示出现代古典情怀,化石图案,片片珍贵。 赖特利海底化石地砖自然朴拙的风格及其绝然不同于一般建材的品位,深受各国高尚人士厚爱。在装饰艺术中应用十分广泛,从园艺路面到建筑物墙壁;从泳池、浴池、花池到饭店别墅;从现代公寓到高尚家居;从室内到户外等广泛领域尽显光彩。 其特点是(1)化石地砖是由天然火山岩和高强度树脂材料混合(比率为95/5),再经先进设备加工处理而制成。(2)强度高,其强度远远高于大理石,且无色差,耐腐蚀性、防滑性、放射性检测均属A级。使用范围不受限制,是环保绿色产品。(3)海底化石地砖可根据用户的不同需要,切割成不同规格、不同形状的异形板材,从而满足多种需要。(4)可根据用户要求,拼装成多种图案。
8、21世纪的绿色建材-微晶玻璃花岗岩装饰板
微晶玻璃花岗岩装饰板是目前际上开始流行的高级建筑装饰材料,较天然花岗岩石材更能进行灵活设计,而且装饰效果更佳。是21世纪的绿色建材,是内、外墙及地面的理想装饰材料。微晶玻璃花岗岩是应用受控晶化新技术生产的新型装饰材料,其结构致密、高强、耐磨、耐蚀,在外观上纹理清晰、色彩鲜艳、无色差、不褪色。是天然花岗岩石材最理想的替代产品,与天然花岗岩比,具有以下优点。(1)色泽 可根据要求生产各种色彩、色调和混合色的各种装饰材料,颜色有白、绿、灰、黄、红、蓝、黑等,而且装饰效果更佳。(2)材质 微晶玻璃花岗岩装饰板的成分与天然花岗岩相同,均属硅酸盐质,在材料内部结构中,生长有硅灰石的主晶相,所以耐磨、耐蚀、强度上均优于天然花岗岩石材。(3)环保 天然花岗岩石材具有微量有害人体的放射性物质,而微晶玻璃花岗岩板材却无任何类型的放射性物质,符合环保要求,有益人体。(4)规格 可生产各种厚度、尺寸的平板,弧形板。另外还可生产30多种混合色和多种规格异型微晶玻璃花岗岩装饰板。是机场、银行、地铁、宾馆、酒楼、别墅及居室的首选理想装饰材料。
9、火山岩立柱与板材
上海巴洛克制品,火山岩主柱与板材一切源于自然,以自然的风格,天然的创意赢得了众设计师和客房的欢迎,无论是柱还是板具有以下特点:(1)所有饰件均由天然火山岩与高强度树脂材料混合(比率为95/5),再经先进的设备加工处理而制成。(2)该材料具有极高的强度,强度远远高于天然大理石,无色差,经检测耐腐蚀、防滑性、放射性均属A级。使用范围不受限制,是游泳池、桑拿浴池、园林广场路面、别墅内外墙及地面等的最佳选择装饰材料-国际公认的绿色环保产品。(3)火山岩装饰板的用途不但是建筑物内外墙及地面的装饰材料,而且可根据用户的不同需要切割成多种规格、不同形状的异形板材,从而可满足多方面多种部位的装饰需要。(4)火山岩化石板的图案丰富多彩包罗万象,设计师可设计制作出各种各样的艺术美丽图案。
10、受欧美青睐的国产装饰瓷砖
我国生产的装饰瓷砖花色品种多、质量优良、生产工艺精湛、颜色上流、行浅色系列,如浅灰、浅粉、米黄、浅绿色等。美国不少客商对我国瓷砖非常感兴趣,美国市场所售瓷砖有一大部分是中国产品,不仅用于厨房和浴室,而且成为豪华住宅的常用装饰材料。其质量美观大方,经久耐用,发展前景看好。
11、防火木地板
法国威得胜公司推出的防火木地板,其内部为高密度木纤维,具有木材的温馨感和接近石材的特性。具有抗冲击、防断裂等特点。它的底层采用特殊树脂浸泡处理,防潮效果明显,不起鼓变形,表面是木纹和石纹的装饰层,上面再涂以高强度、耐磨损的合成树脂漆膜。不自然也不助燃,还具有抗污的特点。适用于家庭,办公室或商业设施等。
12、高密度地板
英国市场上推出一种高密度组合式地板,它采用高科技纤维物质,由多层不同功能的物质经高温加工而成,再加上保护层、装饰层和聚脂喷涂层后,其表层坚固耐用,不易磨损,既富有原木的质感,又可配合图案拼装组成。
四、结束语
新型的室内装饰材料的应用不但有益于更好的进行室内设计,更加精致的装扮室内环境也有利于节约国家能源,保护生态环境,有益身心健康同时也大大的方便了人们的生活,轻松解决了一些生活上的问题,所以它将成为世界的主流。
参考文献:
[1] 夏文杰 余晖 曹智《建筑与装饰材料》,《北京理工大学出版社》 ,2009年06期
【关键词】纳米技术;建筑装饰;新型材料
1 前言
纳米技术,又称毫微技术,在科学界被定义为研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。随着科学技术的进步,纳米技术发展的正日益成熟,并逐渐成为具有深刻理论研究价值与广泛实物应用前景的一门高端综合性技术。从20世纪80年代以来,纳米技术的发展受到越来越多的关注,世界各国对其的研发投入也呈跨越式发展趋势,目前该项技术的初期产出已经可以应用到建筑装饰材料的制作和改良之中,而且在染料、涂料、食品、纺织等其他行业都呈现出较大的发展空间。把高新技术下的纳米材料引入建筑行业,可以说是对纳米先期技术实物化应用的一大创新,纳米技术在开创新型环保型科技建筑材料领域已经带来了意想不到的效果。
2 纳米技术的产生与发展
2.1 纳米技术的产生
作为以纳米级的材料运用到产品设计、制造,测量和控制等技术终端的技术,纳米技术最早来源于物理学家理查德・费曼在1959年做的著名演讲,此后十年,诸多科学家投入到这一科技事业的研究当中,直到70年代,科学家才从不同角度切实提出有关纳米科技的构想,尤其以科学家唐尼古奇的学说最为典型,他最先使用纳米技术一词描述精密机械加工。但是纳米技术的正式诞生却要比这时候还晚20年左右,直到90年代,第一届国际纳米科学技术会议在美国盛大召开,才标志着纳米技术正式面向世界,成为各国追逐的热议话题。纳米技术自从一开始产生,便注定了与工业化生产具有密切的联系,由此也决定了其主要包括:纳米级测量技术、纳米级表层物理力学性能的检测技术、纳米级加工技术、纳米粒子的制备技术、纳米材料、纳米生物学技术、纳米组装技术等。
2.2 纳米技术的发展
纳米技术的发展,主要是在纳米技术逐步成熟和被广泛接受之后,纳米技术的成熟是以其研究结构的稳定和普及为标注的。此时,纳米技术主要包括纳米材料,纳米动力学,纳米生物学和纳米电力学。其中,纳米材料微小的细致特性,起初适合于制造微特电机,甚至是磁悬浮列车,后来逐步发展到建筑新型材料的设计与制作之中,不仅可以节省现有建筑材料,而且更加环保和节能;纳米动力学更多还处于理论阶段,可以使微电机和检测技术达到纳米数量级;纳米生物学可以制成具有识别能力的纳米微细胞进行药物疗效观察和治理;纳米电力学也主要集中在对电子硬件的重新设置和改善,目前仍处于理论开创阶段,与实物的对接相对较慢。
3 纳米技术在新型建筑装饰材料中的应用
3.1 纳米技术在抗菌材料的应用方面大有可为
现代建筑设计中,对材料的运用范围更加广泛,除去传统下的石制材料、金属制品材料、木制材料,越来越多的装潢设计离不开玻璃制品、陶瓷制品、塑料制品的配合与设计,而且这样设计占据室内材料部分的比例呈明显递增趋势。相比之下,可以发现玻璃、陶瓷、塑料都属于后代科技下的产物,包含了更多的是社会物质的影响而非自然的常态构造,这些材料的纯净度受到很大的挑战,建筑设计中越来越多的这些材料设计加入,势必会增加整个建筑材料的污染度,加大材料细菌的存活空间。因此,纳米技术在抗菌材料方面的应用便因此开始,抗菌自洁玻璃是最好的例证,通过在建筑用玻璃材料表面涂上一层纳米TiO2薄膜,纳米TiO2薄膜在紫外线的照射下能自行分解出自由移动的电子,能将空气中的氢氧化物激活成为活性OH基因,将许多有害物质和油渍物质分解成氢气和二氧化碳,从而实现对空气的消毒和对玻璃表面的清洁。同样的,对于陶瓷材料、塑料材料都可以以类似的方式达到环保、清新空气、净化污染的目的。现在,新型的纳米染料也已经取得重大突破,这使得对整个建筑污染最大的材料也得到了最好的控制,因此,随着建筑材料范围的更加扩展,纳米技术在控制建筑材料污染方面的作用还会越来越大。
3.2 纳米技术可以显著增强建筑材料强度与韧度
现有建筑材料对材质刚性度的要求越来越高,使用复合材料构筑建筑材料已成为当今建筑业和家居装饰业得一大特色和趋势。传统的建筑装饰材料,秉承了质地脆、形象柔的加工工艺特点,深受人们的欢迎,但这也不能掩盖其易损坏、易变形的一大事实,最终使其使用受到了较大的限制,只具有观赏性不具有实用性。采用纳米技术对建筑材料进行加工之后,情况完全不同,纳米技术材料有助于装饰材料内晶体颗粒的滑移,使材料具有超塑,通过纳米技术是得SiC、Si3C4、ZnO、SiO2制成的装饰材料具有高强度、高密度、高韧度的特性,在同类品中更具有易磨性和支撑性,最终达到建筑装饰材料防腐、耐磨与美观的统一。
3.3 纳米技术开创性能特殊的光学建筑材料
纳米技术在建筑装饰材料中的运用,最有特色的一点体现在对光学材料的改观上,纳米材料具有特殊的抗紫外线、吸收和反射红外线能力,当这种材料运用在建筑装饰材料中,可以使得建筑材料具有抗光扰性和减少辐射。最新科学研究表明,TiO2、ZnO、SiO2在对波长为300-400nm波段具有很强的紫外线吸收能力,大大降低了紫外线对建筑材料的辐射和反射,进而保护人体免受紫外线的强辐射照射。除此之外,还有很多纳米制材料对不同波段的紫外线强光具有抗辐射作用,对保护人体和家居起着重要的作用。
参考文献
[1] 张志琨. 崔作林. 纳米技术与纳米材料[M].北京:国防工业出版社, 2000
[2] 汪一佛. 纳米技术在建筑材料领域中应用[J]. 建材技术与应用, 2001,(4):9-12.
[3] 肖力光. 周建成. 马振海. 纳米技术及其在建筑材料中的应用[J]. 吉林建筑工程学院学, 2003, (1):27-32.
【关键词】建筑装饰;环保型材料;发展前景
前 言:近年来,环境污染问题日益严重,比如,汽车尾气问题,雾霾问题等均给人民的生活带来了十分严重的影响,甚至威胁到了人民的生命安全。在这样的社会背景下,节能环保已是社会的一项热门议题。选择节能环保的建筑装饰材料不仅能够为人民的生活健康提供保障,同时,也可以提升建筑装饰的效果,对保护环境良好以及节约资源均具有积极的促进作用。因此,科学分析和选择建筑装饰中的环保型材料尤为重要。
1 建筑装饰中环保型材料的分析
对于建筑装饰而言,污染因素主要包括物理污染、生物污染和化学污染等。其中,物理污染具体指的是因电磁、光或者放射等产生的污染,比如,电气噪声或者电脑、手机辐射等。此外,一些装饰石材料也会产生一定的放射污染,例如,石材料中的放射元素会在衰变中形成“氡”,而“氡”则对人体具有比较大的危害; 生物污染具体指的是寄生在地毯以及木制品内的白蚁、螨虫和其他细菌; 化学污染具体指的是来自建筑物自身、部分家具和装饰材料所释放出有害气体所造成的污染,比如,室内装饰材料中的胶合板、油漆、涂料等会含有苯、甲醛以及氨等有害、有毒物质。其中,甲醛会导致人体发生过敏反应,出现色斑、皮炎、水肿甚至引发鼻咽癌等严重疾病。基于上述问题,为保证人类的生活环境健康无污染,就需要选择使用新型的环保材料进行建筑工程的建设。新型的环保材料,主要是由固态废物配合使用部分天然资源,并采用先进的清洁生产技术所生产出来的无污染、无毒害和放射性低的建筑材料,这些建筑材料可进行有效回收,有利于人体的健康和环境的保护。
2 建筑装饰中环保型材料的选择与应用
2.1 建筑装饰中室内吊顶装饰环保材料的选择与应用
在进行建筑装饰中室内吊顶装饰环保材料的选择时,由于各类木质的人造板会用到大量的胶粘剂,而胶粘剂中普遍含有甲醛等有害有毒的物质,因此,可选择使用非木质材料的人造板材进行装饰,比如,当前市场上有以麦秸为主要原材制作而成的饰面板材料,该种材料不仅质轻、耐用、防水、防蛀等优点,而且可以远离甲醛等有毒物质的污染。
2.2 建筑装饰中室内墙面装饰环保材料的选择与应用
对室内墙面进行的装饰中,溶剂性的涂料虽然性能比较好,但是溶剂性的涂料具有较强的污染性,同时也具有浪费能源的缺陷,因此,可选择使用水性涂料进行装饰。其中,地面部分可选择使用为水性环氧地坪以及聚氨酯地坪型的涂料,而内外墙则可选择使用水乳乳氨酯以及有机硅丙烯酸树脂型等。同时,室内也可选择使用纯纸壁纸、PVC 环保壁纸、或木纤维材料壁纸等,此类壁纸具有无毒无害且美观大方的特点。
2.3 建筑装饰中室内地面装饰环保材料的选择与应用
建筑装饰中室内地面装饰环保材料有很多种类,比如: 天然石材、地毯、地砖以及木地板等。其中,在选择复合型木质地板时,应该选择甲醛含量较低的种类; 选择石材时,应该选择不含放射元素材料的板材等。
2.4 建筑装饰中照明系统的选择与应用
近年来,市场中出现了各种新型的照明材料。其中,光导照明材料即为一种具有节能环保功能的照明材料,被得以广泛使用。光导照明系统可对自然光进行收集再集合进行运用。光导材料的使用原理与太阳能光导原理相同,利用光导材料所收集的大量外来自然光线,通过照明系统中的漫射功能可被均匀分配至各使用点,实现了光源的合理配置,这也是光导照明系统与太阳能之间的不同之处。
2.5 建筑装饰中合成石环保材料的应用
合成石主要是将建筑原材料所剩下荒料、废渣、尾料以及矿石等进行加工再利用而生产出来的石材料。因此,合成石具有生产及采购成本低、可再利用的特点,得以在室内装饰中广泛使用。同时,合成石的外观比较光滑美观,因此,可以根据建筑装饰的实际需求和环境对合成石进行雕塑雕刻,进而发挥出美化环境的效果,同时也实现了建筑装饰材料节能环保的重要要求。除此之外,由于合成石中含有很多种类的金属矿物质,因此,合成石也具有密度性强的优点。
2.6 建筑装饰中玻璃材料的选择与应用
在进行建筑装饰中玻璃材料的选择时,可以选择使用镀膜玻璃。镀膜玻璃的低辐射原理具体指的是在玻璃外表添加多层金属镀膜和金属混合物生产出来的一种新型的环保节能材料。镀膜玻璃同时具有采光质量高、反光效果强、散热快以及抗辐射等多种特性。使用镀膜玻璃装饰后,可以给人以视觉开阔的感受,同时,受到反光作用的影响,在炎热的夏季,使用镀膜玻璃可以将强烈的太阳光线反射至室内,进而为人们营造出舒适凉爽的室内环境; 在冬季,由于镀膜玻璃具有低辐射的作用,使用镀膜玻璃则可以为人们营造一个感觉舒适而温暖的室内环境。
3建筑装饰中新型环保材料的发展前景
3.1无害化
传统的大多数装饰材料在达到装饰目的的同时会危害人体的健康,这些传统材料其本身含有超标的有害物质,例如胶合板等会散发甲醛、合成纤维和塑料等含有苯,花岗石等石材含有氨,油性油漆、涂料中含有二甲苯等等,这些物质散发到空间环境中,很难在短时间内得到有效去除,容易给人体造成极大的损伤,甚至可能引发中毒、致癌等,因此用无害化的装修材料来替代这些对人体有害的材料是建筑装饰材料发展的必然趋势,如用新型无粘接板材代替胶合板,用无毒害树脂类产品取代传统塑料制品,研发水性漆来取代溶剂型的油漆等,相信随着科技的发展,会出现更多的无害化建筑材料,以实现装修过程的全面无害化。
3.2环保化
传统的建筑装饰材料在生产过程中和使用后会向外界环境排放各种有害物质,这些污染物质对环境会造成较大的污染,随着相关法律的不断完善和人们环保观念的增强,这些污染物逐渐被重视起来,因此今后建筑装饰材料的市场准入门槛会逐渐提高,无环保认证的材料将不再被用于建筑装饰中。
3.3节能化
传统的建筑装饰材料功能单一,只能满足基本的使用要求,而随着科技的发展,很多的装饰材料都向着更加节能的方向发展,例如玻璃,已经从简单的透光性的普通玻璃发展成为功能多种多样的玻璃,如低辐射玻璃、真空玻璃等,既解决了通透性的问题,又降低了阳光的辐射伤害,并具有保温的作用,因此可大幅降低室内暖通设备的使用量。
4 结束语
综上所述,随着我国的建筑业的迅速发展,选择绿色环保的装饰材料进行建筑装饰已是必然要求。在现代化的不断发展中,节能环保型的建筑装饰材料必将取代传统建筑装饰装修材料,并逐渐向绿色化以及无害化的方向发展。作为新时期的建筑装饰企业,必须紧跟社会发展需求,并结合自身实际情况,坚持环保型装饰理念,采用节能新工艺进行建筑工程的建设,为共建和谐生态家园贡献一份力量,推动建筑业的可持续发展。
关键词:邓肯-张E-u模型;沥青混凝土心墙;位移;主应力
中图分类号:TV431文献标识码:A文章编号:1672-1683(2013)04-0178-04
1研究背景
沥青混凝土心墙坝[1]是土石坝的主要坝型之一,作为一种经济和非常具有竞争力的坝型越来越受到国内外相关专家和工程界的重视。大坝主体由堆石或砾石组成,中间设置的沥青混凝土心墙起防渗作用[2-3]。由沥青、矿料与掺合料等原材料按适当比例配合后经加热、拌和以及压实或浇筑等工艺成型的沥青混凝土,具有良好的适应变形能力、抗冲刷能力、抗老化能力、裂缝自愈能力、严寒条件下亦可施工以及整个心墙无须设置结构缝等优点[4]。因此,沥青混凝土被广泛的应用于水工结构防渗体上,特别是在寒冷地区的土石坝内防渗墙上[5]。
但在土石坝的设计中,试验和设计大都是分开进行的,造成试验和设计完全脱节。事实上,土石坝设计应该综合考虑选取各参数的取值,然后进行计算,得到其参数对其工作性状的影响;根据参数取值,进行指导调整土石坝的配合比设计,使大坝达到较佳的工作状态。在有限元分析中,由于邓肯-张模型的参数容易通过试验获得,因此该模型在国内外得到了广泛的应用[6]。但是目前关于模型参数取值对土石坝沥青混凝土心墙力学性能影响等问题的研究,还未见报道。本文拟采用邓肯-张E-u模型[7-8],对新疆某沥青混凝土心墙坝进行三维非线性有限元计算,主要是根据温控参数折减法,研究模型的参数对沥青混凝土心墙的最大水平、竖向位移及大、小主应力的影响,为沥青混凝土配合比设计和数值计算提供参考和依据。
2心墙坝三维非线性有限元分析
2.1模型参数
针对新疆某沥青混凝土心墙坝,坝壳料、过渡料、沥青混凝土心墙和利用料均采用邓肯-张E-u模型,通过三轴试验,得到各种材料模型参数,见表1。其他部分为线弹性材料,其参数分别为:沥青混凝土心墙基座的弹性模量E=25 GPa,μ= 0.167;基岩的弹性模量E=22 GPa,μ=0.21。
2.2三维有限元建模
坝体计算的典型横剖面见图1,拦河坝为沥青混凝土心墙坝。大坝正常蓄水位1 474 m,坝高66 m,上游坝面坡度为1∶2.25,下游坝面坡度为1∶2.0。沥青混凝土心墙坝以坝料强度、渗透性、压缩性、施工方便和经济合理等为原则进行分区,除沥青混凝土心墙外,大坝其他部位共包括坝壳料区、过渡料区、上游围堰、利用料及排水料区。
根据坝体分区特点,对坝体进行建模,横河向和顺河向、铅直方向分别为建模的X、Y、Z轴方向。对坝体进行有限元网格剖分时,在心墙与过渡料、心墙与基座的交界面设置了薄层单元。大坝的有限元网格总单元数26 324个,总结点数29 744个。
考虑到坝体施工为分层填筑和堆石体等材料的非线性特性,坝体荷载采用逐级加载的方式,坝基作为已存在的部分(只具有初始应力),沥青混凝土心墙和拦河坝堆石体同步填筑。计算按坝体施工填筑的先后顺序分9级来模拟,坝体填筑完成后,分8级施加水荷载,水压力以面力的形式作用在沥青混凝土心墙上游面上。
2.3沥青混凝土心墙坝三维有限元分析
根据三轴试验结果(表1),采用邓肯-张E-u模型对沥青混凝土心墙坝进行了三维非线性有限元分析,得到大坝满蓄期的水平、竖向位移和大、小主应力等值线,见图2至图5。
根据大坝的有限元分析,可以得到如下认识。
(1)心墙最大沉降,满蓄期为16.18 cm,竣工期为17.51 cm,沉降最大值均位于坝体中轴线偏下游约1/2坝高处,见图2。竣工期心墙最大水平位移顺河向,上游为5.02 cm,下游为8.15 cm。由于水压力的作用,心墙顺河向位移向上游减小,向下游增大,最大值分别为4.19 cm和9.35 cm,见图3。
(2)图4、图5分别为大坝最大横剖面在满蓄期大、小主应力等值线图。由图可知,坝体大、小主应力最大值均出现在坝底部中轴线两侧。满蓄期时上游坝体的大、小主应力比竣工期时要小,最大值分别为1.295 MPa和0.663 MPa。因为,满蓄期上游坝体受到浮力影响,堆石体有效容重减少,大、小主应力均减小。在沥青混凝土心墙部位没有出现拉应力。满蓄期,心墙大主应力的最大值为1.857 MPa、小主应力为0.933 MPa。
3沥青混凝土心墙材料参数对其工作性状的影响3.1温控参数折减法
在通常的有限元分析程序中,需要在输入文件中给定材料参数。研究材料参数对心墙性能影响时,需要反复修改文件中材料参数的值,然后再进行计算。每一组参数都要重新输入,计算比较繁琐。在大型通用有限元程序中,可以利用其现成的材料参数可随温度场变量的变化而变化的功能,定义材料参数指标f随温度场的变化而变化。函数式为f(θ)=f(θ0)×(1.2-0.1θ),f(θ0)为材料参数初始值。此时温度场只是一个变量场,不代表实际的温度,只是起到带动材料参数变化的作用[9]。在有限元静力分析中的时步不代表真实的时间,而是只代表“载荷”的变化过程。当时间t由0增加到1时,定义温度场θ随时步t也由0增加到1,θ(t)=t,即实现材料参数与时步t的一一对应的关系,并随着t的增加而线性折减。 该过程均由有限元软件自动完成,不需要重新编制程序或人为重复输入材料参数进行再计算的过程。
3.2心墙参数对沥青混凝土心墙工作性状的影响分析
针对邓肯-张E-u模型的8个参数,采用温控参数折减法(t=0,1,2,3,4)对沥青混凝土心墙坝(满蓄期)进行了数值模拟计算,每一组通过改变其中一个参数,保持其他参数不变,来讨论心墙参数对沥青混凝土心墙最大水平、竖向位移和大、小主应力的影响。
通过有限元计算,得到邓肯-张E-u模型的参数变化对沥青混凝土心墙的最大水平、竖向位移和大、小主应力的影响曲线,见图6。
图6为邓肯-张E-u模型的8个参数变化对沥青混凝土心墙的最大水平、竖向位移及大、小主应力的影响曲线。分析后可得出如下结论。
(1)由图6(a)、(b)可知,随着黏聚力c值的增加,沥青混凝土心墙的最大水平和竖向位移均减小,竖向位移要比水平位移的减小幅度大。大、小主应力呈现非线性增加,但增加的速度较缓。
(2)图6(c)、(d)为内摩擦角φ的增减对水平、竖向位移及大、小主应力的影响曲线。随着内摩擦角φ值增大,心墙最大水平位移和竖向位移均为减小趋势,当内摩擦角φ值为25.2°时,水平最大位移为5.22 cm,最大竖向位移为15.17 cm;当内摩擦角φ值增大到27.7°时,此时水平最大位移为5.12 cm,最大竖向位移减小到13.96 cm。内摩擦角φ值增大对小主应力的影响很小,几乎没有影响。大主应力随φ值增大呈线性增加趋势。
(3)由图6(e)可知,初始模量基数k的变化对沥青混凝土心墙的最大水平和竖向位移的影响较为显著。当参数k值增加时,心墙的最大水平和竖向位移均减小。当参数k为825时,最大水平和竖向位移分别4.49 cm和13.31 cm;当参数k值达到900时,此时最大水平和竖向位移分别减小到3.35 cm和11.12 cm。k值对小主应力的影响很小,对大主应力影响较大,随k值增大呈线性增加,且增加的幅度很大,见图6(f)。
(4)参数n对心墙的最大位移影响,见图6(g)。初始切线变形模量Ei与围压力σ3成指数关系,参数n为初始模量指数。当参数n增加时,心墙的最大水平位移在增加 ,竖向位移在减小;大、小主应力均增加。但n值的变化对水平、竖向位移及大、小主应力的影响较小,见图6(h)。
(5)由图6(i)、(j)得出,当破坏比增大时,沥青混凝土心墙的水平和竖向位移都相应增大,但竖向位移增加速度较快;大、小主应力随Rf的增加而减小,破坏比Rf对大主应力影响较大,对小主应力的影响很小。
(6)图6(k)反映了水平和竖向位移随参数G值的变化规律,变化幅度较大。位移随G值增大而减小,且参数G越小,对位移的影响程度越大。参数G对大、小主应力影响都比较明显,见图6(l)。从变化趋势得出,参数G的影响比较大,是该模型的主控参数之一。
(7)参数F和D值的变化对水平和竖向位移的影响都比较小,对大、小主应力的几乎没有影响,见图6(m)至(p)。最大竖向位移随参数F和D的增大而减小,最大水平位移随参数F的增大而减小、而随参数D的增大而增大。
4结语
基于邓肯-张E-u模型对坝体的各部分材料进行了三轴试验,根据试验所得模型参数,对沥青混凝土心墙坝进行三维非线性有限元计算。基于温控参数折减法,分析了邓肯-张E-u模型参数对沥青混凝土心墙的最大水平、竖向位移及大、小主应力的影响。结果如下:(1)黏聚力c、内摩擦角φ、参数k和G对心墙的最大水平、竖向位移及大主应力的影响较大,对小主应力的影响不明显;(2)破坏比Rf、参数n、D和F对最大位移和大、小主应力的影响相对较小。
通过计算分析,得到沥青混凝土心墙坝的参数对其工作性状的影响,大坝设计应综合考虑各参数的取值,调整沥青混凝土心墙坝的配合比设计,使大坝达到较佳的工作状态。
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首先,在新技术条件下诞生的新型装饰、建筑材料以节约能源、保护环境为目的。在保证传统建筑材料的特性的基础上,往往能够给我们带来全新的感觉。例如由意大利开发的新型混凝土,通过在传统成分以外添加玻璃材料,使得这种混凝土具有一定程度的透光效果,这种混凝土带来的不仅是室内光线具有不同透明度渐变的视觉效果,更重要的是,其透明特性能够在光线充足的时间段通过自然光透入室内来减少灯光使用的必要,从而节约能源;芬兰研制的新型纸塑复合材料,以生产纸张和塑料时产生的各种附生产物和残余边角料等工业废物作为主要构成原料。虽然原料是废品,但这种由废品生产的材料本身,却具有坚实耐磨的表面,质地干燥密实,在不易褪色的基础上自重极低;再如新型的胶合木,在2010年的上海世博会上,瑞典馆就使用了这样的建材,这种胶合木是由木材生产过程中的废料为原料胶合制成的,但由于是利用各种木材弃料制成,可以灵活地分门别类制作不同强度品级的建材。这种胶合木可以制成各种一般木材不易制出的特定尺寸与形状的建筑构件,且刚性、防火性、抗腐蚀性和强度更胜原木材料,并且较一般木材可以承受更大的张力,因此可以做各种大跨度、大面积建筑的屋顶结构。这种新型胶合木材料在提高建筑材料灵活性的同时更提高了木材利用率,从而保护了森林资源。
其次,新的技术手段促进了新型工艺与装饰材料的生发,同时也极大地推动着传统材料在装饰方面产生新的应用方式。在这种新的技术手段之下,传统装饰材料无论是加工工艺还是使用方式,都得到了很大的改进。例如墙面装饰涂料和建筑保温材料近年来已快速朝着低环境伤害、抑菌的功能且具有更高的安全系数方向发展。由于可持续发展的需要,环境保护也促使绿色墙面装修成为日后装饰材料的必然趋势。水性化、生态化与可循环性这些新的功能都逐渐出现在墙面装饰材料上。彩钢板、新型的内墙镶嵌式保温材料和浮雕骨料,以及纳米涂料在近年来都有代替传统的外墙建筑、装饰涂料工艺的趋势。特别需要指出的是,在近年来大量出现的由于室内装饰中大量甲醛等有毒物质导致的人身伤害甚至死亡事件,新型的人造板材的生产工艺尝试改进,以求降低有害气体排放量已经成为必然趋势。
再次,传统装饰的创新与应用已经开始。传统的装饰材料向来是功能单一,一种材料一种用途。但这种状况近年来已经被一些新颖大胆的室内设计的出现所突破。使用手段的改变、应用位置的改变,诸如此类的创新应用方式已经使传统的装饰材料应用出现了新的脉动。我们可以从2010年的上海世博会场馆建筑中找些例子,比如波兰馆,这座展馆的表层材料并非用传统的切割工具制成,而是用激光切割出来的,从而避免了传统工具在切割材料时伴生的大量粉尘、碎屑,同时也提高了材料的利用率。切割后的装饰材料呈现各种风格独特的形状,波兰馆的建设者又在此基础上辅以玻璃和其他环保材料,这使得波兰馆的外墙不仅具有独特的装饰风格,同时还能防水、防火并有效减少紫外线辐射;同样在上海世博会中,立体绿化方式也广为应用,很多场馆利用这种方式创造性地呈现了令人惊叹的视觉空间,更重要的是,这些空间的生态环境得以改善。种植了各种鲜活植物的盒子拼装的外墙在瑞士馆呈现,这些鲜活的植物,使得游客在使用瑞士馆内的缆车时,甚至能够感到阿尔卑斯山上飘来的清风;法国馆则以高达16米的46根用生态材料制成的绿色立柱,支撑并环绕整个场馆空间,在展现了法国高端的垂直绿化技术之余,似乎也是在表现法国人对于绿色空间理念的无限追求。
最后,户外装饰材料走进室内空间也是近年来室内建筑装饰材料发展的一大趋势。过去用在公共场所内栈道形式的装饰,公共休息器具的造型都开始在室内特别是公共室内空间使用。过去常用在室外的复合木地板与塑木地板也可以在室内设计中替代目前普遍使用的实木地板,这不仅有利于保护生态环境,而且也避免了使用油漆等化学装饰材料可能产生的室内污染等副作用。
如果前面这段对于材料的介绍会让人产生一种疑惑,即“这些新型的材料是否能够在以讲求以人为本,注重环境氛围塑造的咖啡馆环境下使用,是否有成功的先例?”那么,我们不妨以目前国际最为知名的连锁咖啡企业“星巴克”为例,来看看现代商业咖啡馆展现出的氛围与装饰材料在其中的应用。从环境的色彩搭配来看,星巴克咖啡馆大多会营造出一种氛围,特别是会采用以深色调为主的室内色彩,来营造一种宁静的稳重感。这就会对人的心理情绪产生一定的影响,让心情放松下来。在室内的照明上,星巴克咖啡馆只要条件许可,都一定会采用大幅面钢化玻璃幕墙来作为一面甚至两面以上的外墙,这样再辅以节能壁灯,就可以提供一种中性的光感――既不会过于明亮刺眼,也不会暗得让人感到憋闷,同时也达到了节约能源的效果。在我国境内的星巴克咖啡馆,就目前而言还多集中于首都、一线沿海大城市当中。为了配合这些城市中高速生活节奏所带来的人流量,星巴克咖啡馆大多会同时提供两种感觉的空间,一种往往靠近玻璃幕窗或出入口,有着不大的复合材质桌椅(例如人造大理石、金属、胶合木制成的固定式小桌椅),形成宽敞的人流通路;另一种则配有高背沙发和长桌,多在店面较为靠里面的空间中,光线较暗但更为舒适。这就同时满足了匆匆过客和想要驻足流连的两种客人。室内的地面,多使用耐磨而且便于更换的复合木材质作为地板以应对大量的人流。虽然在装饰风格上倾向于简约的现代主义,但是星巴克咖啡馆依旧保留了在墙面上挂饰装饰画作的方式,可以在不经意间为客人营造一点传统上咖啡厅具有的特殊人文气息。而以上这些构成氛围的建材与装饰因素,目前基本都有新型的建材装饰工艺。