本文是一篇土木工程论文，本文对寒区钢筋混凝土平屋面防渗漏体系进行了研究，主要结论和研究成果如下：1. 通过寒区钢筋混凝土平屋面防渗漏体系缩尺模型试验，验证了该体系内预埋供暖管的方式可以达到提升整个屋面体系温度，有效抵御冻融循环作用，减少屋面体系的裂缝发展，防渗漏效果好。2. 通过寒区钢筋混凝土平屋面防渗漏体系缩尺模型室外暴露试验，发现在仅有供暖系统作为内热源情况下，寒区钢筋混凝土平屋面防渗漏体系仍然具有良好的保温性能；屋面各位置在具有内热源情况下温度有所上升，降低了屋面表面在冻融循环环境下的温度变化幅值。
第 1 章 绪论
1.1研究背景
我国幅员辽阔，寒区地域在我国亦有广泛分布，而寒区屋面渗水一直是亟待解决的问题之一。 以哈尔滨地区为例，其气候特点为四季分明，拥有漫长而寒冷的冬季以及短暂而炎热的夏季。相较而言，春秋季节属于过渡季节，时间较短且温度变化剧烈，春季干燥少雨，秋季降温剧烈，多雨且冻害多发。因此，秋冬交接之际是冻融循环作用的多发季节。每年的 9、10、11 月份，伴随着剧烈的温度波动和雨雪天气，冻融循环作用也在悄然发生，侵蚀着建筑物屋面的耐久度。屋面积水受环境温度影响，当屋面温度过低时，水由固相转换为液相时，体积增大，屋面裂隙随之扩大；随着屋面温度的升高，水由固相转化为液相时，液体的水则恢复了其流动性，且水由固相转化为液相后体积减小，周边液相的自由积水汇入裂缝，若冻胀作用重复，则裂缝的体积将会不断扩张，随着冻融循环作用的不断重复，裂缝将不断发展，直至裂缝贯穿楼板，形成大规模渗漏[2]。
寒区屋面渗水以其渗漏点多，渗水面积大，渗漏量逐年增大，渗漏顽固难以根除等特点，严重的影响到了北方寒冷地区建筑顶层的使用，成为不少寒区建筑的沉疴顽疾。维护费用带来的损失一样加重了居民的经济负担。屋面渗漏问题同样影响着寒冷地区工业建筑，渗水问题常常是引起设备故障，降低生产效率的罪魁祸首。解决寒冷地区的屋面渗漏问题，已经成为寒冷地区建筑质量控制中至关重要的一环。
为了解决屋面渗漏问题，广大土木工作者和专家学者提出了许多具有建设性的意见和方案。除了对屋面设置防水层等补漏措施以及将老化的防水层清除重新施工等常规措施以外，在容易发生渗漏的部位添加防水层，运用防水性能更好、耐久性更强的新型材料等构造上的措施也在屋面施工中被广泛使用[3]。除此之外，在屋面铺设电暖设备以保持屋面温度的方案以及将保温层置于防水层之上，用保温层保证防水层温度以提高其使用寿命的避拉倒置式屋面也被相继提出。
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1.2国内外相关研究现状
针对本文研究内容，寒区屋面防渗漏技术、冻融循环试验国内外研究现状如下：
1.2.1寒区屋面防渗漏技术研究现状
我国对寒区屋面防渗漏技术的研究由来已久。在上世纪 90 年代，吴培林[4]等学者就提出了避拉倒置式防水屋面的构造设计，即将保温层置于防水层之上，保温层采用隔热性能好的聚苯乙烯泡沫板，于保温层之上浇筑混凝土保护层。避拉倒置式防水屋面可以有效保护防水层，减小防水层受温度应力的影响，延长防水层的使用寿命，有效的控制屋面渗漏问题。
图 1-4 避拉倒置式屋面构造
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第 2 章 寒区钢筋混凝土平屋面防渗漏体系缩尺模型试验
2.1寒区钢筋混凝土平屋面防渗漏体系概述
寒区钢筋混凝土平屋面防渗漏体系构成
寒区钢筋混凝土平屋面防渗漏体系构造参照发明专利“寒区屋面防渗漏排水系统作法技术”，具体由三个部分组成：供暖系统、屋面体系主体和排水系统，具体构造如图 2-1 所示：
图 2-1 寒区钢筋混凝土平屋面防渗漏体系整体示意图
在黎进学者的论文中对屋面体系中的排水系统有详细介绍，本文不再赘述，重点对研究屋面体系中的供暖系统和屋面主体进行研究。屋面供暖系统是寒区钢筋混凝土平屋面防渗漏体系的重要组成部分，系统由一个循环供水系统、预埋在屋面内部的屋面供暖支管、供水干管、回水干管以及止水阀组成；屋面主体由结构楼板、预埋暖管的保温层、水泥珍珠岩找坡层、水泥砂浆找平层、改性沥青卷材防水层以及混凝土保护层组成。
保温层是寒区钢筋混凝土平屋面防渗漏体系中最关键的组成部分，供暖管线的布置不仅关系到到整个屋面体系的温度分布，还关系到屋面体系表面能否达到预设的温度以减弱冻融循环作用带来的混凝土损坏。因此，下文将对屋面体系的预埋暖管设计过程详细叙述。
出于对试验场地的考虑，设计屋面体系尺寸如下：屋面结构板尺寸为长×宽×高为 1400mm×1200mm×80mm，由 C30 混凝土浇筑成；屋面保温层尺寸为长×宽×高为 1400mm×1200mm×40mm，由 C20 细石混凝土浇筑成，在沿长度方向 150mm、450mm、750mm、1050mm 处预埋暖管，为便于更换维修，同时与暖气管的材质统一，本章的暖管采用内径为 19mm，外径为 22mm 的六分铸铁管；找坡层、找平层以及防水层可以按照实际情况决定其具体做法，本章以实际建立的缩尺模型为例，提出一种可行的具体做法：找坡层采用 1:8 水泥珍珠岩材料施工，预设排水坡度为 3%；找平层采用 10mm 厚 1:2.5 水泥砂浆；防水层采用 3mm 厚 SBS 改性沥青防水卷材防水层；屋面结构保护层采用 20mm 厚 C20 细石混凝土。
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2.2寒区钢筋混凝土平屋面防渗漏体系缩尺模型的加工制作
2.2.1前期准备工作
由于寒区钢筋混凝土平屋面防渗漏体系尚未实际应用于工程建设中，施工方法、材料选择、管线预埋等问题都需要重视和解决。在实际搭建缩尺模型的过程中可能会由于尺寸上的施工误差以及关键位置的施工处理不当导致试验结果出现误差，故本节对寒区钢筋混凝土平屋面防渗漏体系缩尺模型的施工建造过程进行详尽的阐述。
寒区钢筋混凝土平屋面防渗漏体系以 1200mm×1400mm×80mm 的钢筋混凝土屋面板为基础，提出一种具体的符合哈尔滨秋冬季保温条件的保温层构造。缩尺模型采用 C30 混凝土作为混凝土屋面底板的材料，选择强度等级为 C20 的混凝土作为保温层的材料，预埋管线采用内径为 19mm，外径为 22mm 的铸铁管，找坡层采用 1:8 水泥珍珠岩材料，找平层采用 1:2.5 水泥砂浆，防水层采用 3mm 厚SBS 改性沥青防水卷材防水层，混凝土保护层采用 C20 细石混凝土。
准备材料阶段主要需要准备的材料主要包括：木模板、中砂、石子、普通硅酸盐水泥、铸铁水管、SBS 改性沥青防水卷材、珍珠岩等。施工作业还需要完整精确的施工图纸、施工中必要的加工设备（射钉器、电锯、抹子、搅拌器、振捣棒等）以及相对充足的工作空间[33]。
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第 3 章 预埋暖管的混凝土试件冻融循环试验......................... 25
3.1 引言.................................25
3.2 试验目的................................... 25
第 4 章 基于机器学习 SVM 算法的寒区天气预测研究.......................... 33
4.1 引言......................................33
4.2 近年天气信息收集——以哈尔滨地区为例........................ 33
4.3 支持向量机................................... 35
第 5 章 寒区钢筋混凝土平屋面防渗漏体系数值分析方法研究...................... 43
5.1 引言...............................43
5.2 寒区钢筋混凝土平屋面防渗漏体系数值模型的建立..............................43
第 5 章 寒区钢筋混凝土平屋面防渗漏体系数值分析方法研究
5.1 引言
本章进行的寒区钢筋混凝土平屋面防渗漏体系冻融循环模拟不考虑屋面部分的热量散失，屋面体系在暴露在冻融循环环境中时，对环境的影响可以忽略不计。在这种情况下，室内外环境温度对屋面体系的温度应力施加的影响远大于屋面体系对环境温度的影响。因此，本数值模拟试验采用顺序耦合热分析。试验的模拟过程主要可以分为两个阶段：瞬态温度场的模拟以及静力分析。第一部分模拟瞬态温度场，在确定了表面传热系数以及材料属性的情况下，模拟出在给定温度曲线情况下整个屋面体系的温度场。第二部分静力分析阶段，将瞬态温度场作为预应力场导入温度应力分析中，最终得出温度应力的分布情况。
ABAQUS 内的热分析可以分为顺序耦合热分析、完全耦合热分析以及绝热分析三种。顺序耦合热分析适用于仅由温度场影响应力应变的情况，应力应变带来的温度变化不能对温度场造成影响，两者之间的影响是单向的。完全热耦合分析适用于温度、应力和应变场相互影响的情况，当应力应变温度场之间的影响作用较为剧烈时，应力应变对温度场的影响不容忽视，因此在进行完全热耦合分析时需要同时求解温度、应变及应力场。绝热分析适用于短时间内由于构件剧烈变形而产生大量热量，由于热量产生的过程十分短暂，因此在短时间内不考虑其热量散失，一般用于分析机械部件的局部变形产生的热力学问题。
本章进行的寒区钢筋混凝土平屋面防渗漏体系冻融循环模拟不考虑屋面部分的热量散失，屋面体系在暴露在冻融循环环境中时，对环境的影响可以忽略不计。在这种情况下，室内外环境温度对屋面体系的温度应力施加的影响远大于屋面体系对环境温度的影响。因此，本数值模拟试验采用顺序耦合热分析。试验的模拟过程主要可以分为两个阶段：瞬态温度场的模
