火灾下钢骨混凝土柱温度场分布的数值分析

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1、浙江建筑，第28卷，第1期，20l1年1月~hejiangConstruction，Vo1．28，No．1，Jan．2011火灾下钢骨混凝土柱温度场分布的数值分析NumericalAnalysisonTemperatureDistributioninSteelReinforcedConcreteColumnsAgainstFire褚航’．冯颖慧ZHUHang，FENGYing—hui(1．浙江省建筑设汁研究院，浙江杭州310006；2．杭州市公路交通管理局，浙江杭州310012)摘要：配钢管的钢骨混凝土柱由于其优越的力学性能，在我围高层和超高层建筑中得到越来越广泛的应用，其防火设计也

2、更为重要。对于钢骨混凝土柱过火残余承载力，日前国内研究还较少。为研究钢骨混凝土柱过火残余承载力，首先要对钢骨混凝土柱在火灾情况下温度场的分布进行研究，以下对温度场进行了数值模拟，分析比较了受火时间、柱截面尺寸和钢管外径三个参数对温度场分布的影响。关键词：圆钢管核心柱；温度场分布；数值分析中图分类号：TU11l192；TU52859文献标识码：A文章编号：1008—3707(2011)0l—O0l3—04‘火灾作用下，圆钢管钢骨混凝土柱构件截面的OT=++)㈩温度分布随着时间而发生变化，火灾作用后，钢与混凝土的材料力学性能均会有不同程度的退化，退化式(1)中：一热传导系数；的程度与火灾

3、作用下的温度有很大的关系。因此，f一火的燃烧时间。为了能够研究火灾后核心柱钢管与核心混凝土的残上面热传导方程的定解条件包括初始条件和边余粘结强度，必须首先确定核心柱的温度场分布。界条件。初始条件假设整个构件截面温度均匀，都本文利用ANSYS有限元分析程序的热分析模块，对等于室内温度。边界条件一般可分为四类：第一类火灾作用下的温度场进行了模拟分析，从而为火灾是已知物体边界上的温度函数；第二类是已知物体后的力学分析奠定了基础。边界上的热流密度；第三类是已知与物体相接触的流体介质的温度和热交换系数O／；第四类是已知1钢骨混凝土柱温度场的数值模拟基本理论固体与固体接触面上的换热条件。1．1钢

4、骨混凝土柱的热传导方程及定解条件火灾情况下，柱一般都是处于四面受火状态，可在火灾情况下，钢管混凝土结构截面的温度分布燃物燃烧产生的大量热量将全部被四周所吸收，因随时间而发生变化，组成钢管混凝土的钢材和混凝土此受火构件会形成随时问变化的不稳定对流和辐射以及防火涂料的导热系数、比热与密度等热工参数在综合传热与导热过程。所以在柱构件热传导的边界高温火灾作用下也不是常数，而是温度的函数，所以条件一般为第三类边界条件。钢管混凝土结构的传热是一个非线性瞬态问题。其微建筑结构在火灾情况下的升温一般都是先快后分方程是一个非线性抛物线型偏微分方程。慢，初始阶段温度变化比较剧烈，然后变化逐渐趋平根据文献

5、[1]，对于内部无热源的各向同性介缓。目前国际上较为通用的有：国际标准ISO一834质，其三维瞬态热传导微分方程的表达式为：与加拿大规程CAN—S—lO1升温曲线。收稿日期：2010—11—08作者简介：褚航(1976一)，男，山东烟台人，高级工程师，从事建筑结构设计工作。第1期褚航等：火灾下钢骨混凝土柱温度场分布的数值分析15为了进一步考察影响SRC柱温度场的规律，为截面尺寸分别为300×300×120×8和500×500分别从火灾作用时间、柱截面尺寸、内配钢管直径×300×8的构件截面上钢管外侧，截面核心两点在大小等三个因素对截面温度场的影响进行了比较火灾作用不同时间下的温度。分

6、析。图6反应了该构件在火灾不同时间后截面的温2．2．1火灾作用时间对构件温度场的影响表2度变化情况。m"瑚乃矧Ⅲ㈣H叫一图4升温3h沿长度方向图5升温3h的截面图6构件在火灾不同时间后温度等值线温度等值线截面的温度表2两种不同截面的钢管在火灾不同时间后截面的温度(℃)从上面的图表可以看m，在火灾作用的开始阶段，两种柱的钢管和核心混凝土的温度变化都较为平缓，一段时间之后变化比较剧烈。而且两种构件在开始变化的趋势基本相同；但是在火灾作用一个小时以后，在两种构件外包混凝土厚度基本相同的情况下，截面尺寸越大，核心混凝土温度变化就越不剧烈，钢管与中心混凝土的温差也越大，这与核心混凝土的吸热多少

7、有关。图7反映了截面尺寸为300×300×200×8的截面上不同点在不同升温时间的温度情况。由图7可以看出，在整个升温过程中，同一时间图7不同升温时间截面上不同点处温度内由截面外侧到里侧各点温差越来越小。钢管和外侧混凝土各点温度随时间的变化基本上是趋于平稳2．2．2截面尺寸变化对温度场的影响为了研究上升的，而核心混凝土的温度随升温时间而变化的构件截面尺寸大小对温度场的影响，分别对两组变幅度是先增大后减小；在升温的1h到1．5h比1．5h化的参数情况下的SR