混凝土火灾高温中传热传质的数值模拟分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com2010年第4期(总第246期)混凝土理论研究Number4in2010(TotalNo．246)ConcreteTHE0RETICALRESEARCHdoi：10．3969~．issn．1002—3550．2010．04．004混凝土火灾高温中传热传质的数值模拟分析李荣涛(大连大学辽宁省高校复杂结构体系灾害预测与防治重点实验室，辽宁大连116622)摘要：将混凝土模型化为非饱和变形多孔多相介质。基于控制干空气、湿份及基质溶解物的质量守恒、混凝土介质混合体的动量守恒和焓(能

2、量)守恒的耦合偏微分方程组，建立了一个混凝土化学一热一湿一力全耦合数学模型，其中基本未知变量为固相位移、混合气体压力、毛细压力、温度和基质溶解物质量。通过数值预测结果与试验测量结果的定量比较，显示出所发展的数学模型在重现高温条件下混凝土中化学一热一湿一力耦合现象的能力。关键词：传热传质；有限元法；混凝土；高温中图分类号：TU528．O1文献标志码：A文章编号：1002—3550(2010)04—0010—04Numericalsimulationanalysisofheatandmasstransferinc

3、oncreteexposedtohightemperatureduringthefireLIRong-taofKeyLaboratoryforPrediction&ControlonComplicatedStructureSystemoftheEducationDepartmentofLiaoningProvinceDalianUniversity，Dalian116622，China)Abstract：Theconcretesaremodeledasunsaturateddeformingreactivep

4、orousmediainthispaper．Acoupledchemo—thermo-hygro—mechanicalmodelfor、concreteexposedtohightemperaturesispresented．Themathematicalmodelconsistsofasetofcoupled，partialdifferentialequationsgovemingthemassbalanceofthedryair，themassbalanceofthewaterspecies，themas

5、sbalanceofthematrixcomponentsdissolvedintheliquidphases．theenthalpy(energy)balanceandmomentumbalanceofthewholemediummixture．Thesoliddisplacements，gaspressure，capillarypres—sure，temperatureandthemassofthematrixcomponentsdissolvedintheliquidphasesaretakenaspr

6、imaryunknownsofthemode1．QuantitativecomparisonofexperimentalandsimulatedresultsshowstheeapabilityoftheproposedFEmodelinreproducingcoupledchemo-·thermo--by-gro—mechanicalphenomenainconcretesathightemperatures．Keywords：heatandmasstransfer；FEM；concrete；hi曲temp

7、eratureHPC的结构和构件在火灾下的实际状态，将为HPC结构减防火0引言灾设计提供科学依据和有力的工具。近年来，随着建筑结构性能(如强度和耐久性)要求的提1数学模型高，高性能混凝土(HPC，或称高强度混凝土HSC)正逐渐蓬勃兴起并替代传统的混凝土(NSC)用于桥梁、隧道、高层建筑、海混凝土作为在细观上由固、液、气三相(非饱和混凝土)组洋石油平台和核工业设施等方面，因此对于高性能混凝土结构成的多孔多相介质具有非均匀的结构。而在宏观上一个基本和安全性能的预测显得十分重要，而对火灾或其他高温危险环境重要的假定

8、是多孔多相介质应模型化为均匀连续介质。在此模下高性能混凝土结构安全性的评估尤其值得重视。但是伴随强型中假定每相均同时充满了饱和或非饱和混凝土的全域。即在度和耐久性的不断提高，由于高性能混凝土自身存在的低孔隙介质的每个点假定存在所有各相。因而可以在多孔多相介质中率和低渗透性，在火灾高温这种极限环境下其结构更易于发生应用连续介质力学理论框架对域内每个点建立存在相互耦合危害更大甚至导致结构崩塌的爆裂破坏现