我国的气候特征
我国幅员辽阔，地形复杂，季风气候明显，冬夏盛行风向有显著的变化。
每年春季，华南、江南地区暖湿空气活跃，容易触发强对流天气，转入夏季，冷暖空气交汇的位置变化，黄淮、华北、东北亦会出现强对流天气。
我国是世界上遭受台风灾害最为严重的国家之一，每年因台风灾害给城市建筑造成的经济损失十分惨重。
有学者研究发现，风荷载是造成建筑金属屋面结构失效的主要因素。
图1-1 我国气候及风压分布
工程结构处在自然环境中，经受着一年四季春夏秋冬的变化。通常所说的结构温度作用是由于环境条件改变引起的，按作用时间的长短可分为三类：季节性温度作用，骤然变温温度作用和日照温度作用。其中季节性温度作用是一种由于四季交替而产生的整体、均匀、缓慢的温度作用，北方地区夏季最高气温普遍可以达到35℃以上，冬季气温最低可达-15℃以下，年平均最大温差将在50℃以上，结构施工合拢阶段和使用阶段的环境温度存在差别，导致了结构季节性温度作用；骤然变温温度作用是由于极端天气的侵袭和日落后夜间低温导致的结构温度变化，例如我国北方地区经常遭受的寒流或强冷空气的侵袭，骤然降温可达15℃以上，具有明显的短时急变特征，但从分布上也具备整体性、均匀性的特点；日照温度作用是由于太阳东升西落而引起的局部非均匀的温度作用，直接暴露在自然环境中的结构从日出到日落温度经历先升高后降低的过程，在炎热的夏季最为显著，日照温度作用引起的结构温度变化甚至可达40℃以上，主要受太阳辐射强度、大气温度变化、风速条件等环境因素以及自身或周围环境阴影遮挡等因素的影响，具有短时急变、分布不均匀以及作用效应复杂等主要特征，导致结构产生非均匀的热应力和热变形。
图1-2 我国平均总日照时数汇总
直立锁边金属屋面系统广泛应用于机场、车站站房、体育场等大型公共建筑，屋面系统在服役期间，不仅要承受强风，而且还要承受周期性的太阳辐射、温度变化和其他环境因素的影响，在一些强风、强降雨等极端天气下容易发生局部损失甚至整体破坏。
1604号强台风“妮妲”于2日3时35分在深圳大鹏半岛沿海地区登陆，登陆时中心附近最大风力14级（42米/秒）。（数据源自中国气象台网，2016）
2018年3月4日，南昌遭遇强对流大风天气，造成昌北机场 T2 航站楼出发层入口区域挑檐部分金属屋面及吊顶受损、脱落，金属屋面受损面积约 1300 ㎡（受损部位均为铝合金固定座以上屋面板风揭脱扣破坏），室外吊顶受损约 1000㎡。
通过现场调查发现，经常受到周期性的太阳辐射、温度变化和其他环境影响，在金屋面系统中形成巨大的温度变化，导致了屋面系统金属构件产生巨大的温度应力和温度变形及磨损，严重影响金属屋面系统的结构性能安全。常见温度效应引起对屋面系统结构损坏如下示例：
因此，开展金屋面系统在温度效应作用下的力学、变形和间隙摩擦损伤特性的研究，将有助于我们更好的了解建筑金属屋面系统的抗疲劳性和使用寿命。直立锁边屋面系统在温度作用下屋面板呈现不同的变形机制：大耳边面板单一变形、大小耳边面板同时变形、小耳边面板单一变形。
常见的屋面构造节点如下示例：
图4-1 大面区域屋面系统构造示例
图4-2 带突出物区域屋面系统构造示例
图4-3 屋面板变形机制
通过温度效应（实验室模拟）试验，对直立锁边铝合金屋面系统在温度效应作用下其压型金属板板肋、支座、板底和板面的内力和变形特性，以及屋面板和支座的间隙磨损进行试验分析研究。
表1 试件布置工况
图5-1试件安装图
本试验的目的是基于通过温度效应（实验室模拟）试验，对金屋面系统在温度效应作用下其压型金属板板肋、支座、板底和板面的内力和变形特性，以及屋面板和支座的间隙磨损进行试验分析研究。
研究压型金属板系统在非均匀温度场变化情况下的变形和应力分布。由于夏季太阳光的照射下，屋面板可能会有大幅度的升温，为了模拟实际的工作情况，试验中设定的温差为项目所在地区气候极端温差，并且分别测量屋面板在室温升温40 ℃、60℃、80 ℃~直到加载达到指定的温差时，采集的变形和应力数据及试件结构形态情况。
常见的压型金属板屋面系统，该系统主要有压型金属板及专用支架或紧固件组成，根据板件连接方式的不同，可以分为：
折封式
（矮立边）
弹性卡扣式
紧固件机械固定式
预制式
常见的屋面板连接构件可根据压型金属板系统的专用支架的结构形式，可以分为非滑移固定支架、滑移支架、可旋转支架，如下图：
可滑移支架
固定支架
可旋转支架
测试装置由保温箱体、冷箱、发热装置、试件安装平台、温度采集系统和应力应变及位移采集系统组成。
图4-1 设备正视图
图4-2 设备侧视图
实验室模拟温度效应进行静态+循环组合加载，静态加载最大温差应不小于所在地区极端温差，从室温以 20℃温差分级加载，加载至目标温度时恒温时间应不少于 15min，恒温完成后应继续重复按分级要求加载至目标最大温差。
静态加载完成后，将试件温差降至室温静置时间应不少于 15min，然后继续进行循环温差加载测试，从室温以 60℃温差进行加温，加载至目标温度后恒温时间应不少于15min，然后降至室温，重复以上加载，一般一个试验需经受 4 个或以上完整的循环。具体详细温度场效应实验室模拟测试加载程序图见下图：
记录每个循环中，分别记录压型金属板板件、下部专用支架的位移、应力应变数值，记录专用支架与下部支撑结构的位移、变形情况。检查记录压型金属板板件与专用支架的外观尺寸、扣合状态，记录受损状态。
检测程序如下：
图5 温度加载程序图
应变片布置示例
位移计布置示例
控制采集设备
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图6-1应变片布置
图2-1应变片布置
图2-2应变数据
图3-1 位移计布置
图3-2 变形测量数据
内窥镜磨损定位检查
磨损构件取样
20倍显微镜磨损分析
100倍显微镜磨损分析
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图片来源：安维特检测及网络
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编辑：彭康均 王明明
审核：辛志勇
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