薄壁型钢-混凝土梁-柱节点温度场数值分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com中国科技核心期刊新癯建魄薄壁型钢一混凝土梁一柱节点温度=l[罚数值分析王传奇，刘小东，高轩能(1．孟菲斯大学土木工程系，美国田纳西孟菲斯38152；2．江苏筑森建筑设计有限公司，江苏常州213000；3．华侨大学土木工程学院，福建泉州362021)摘要：利用有限元数值模拟软件ANSYS对一种新型的薄壁型钢一混凝土梁一柱节点构件在高温火灾条件下的截面温度场变化进行了数值模拟分析，并对节点内部不同位置的温度变化，以及温度场的影响因素进行了参数化分析。结果表明，钢板厚度和构件截面尺寸对温度场影响可以忽略不计，防火保护层对

2、构件的温度场影响显著，填充混凝土在高温初期对温度场有有利影响，1h以后影响显著降低。关键词：薄壁；组合结构；梁一柱节点；高温火灾条件下；温度场；有限元中图分类号：TUl11．21文献标识码：B文章编号：1001—702X(2013)09—0082—03Numericalanalysesoftemperaturefieldofthin-walledsteel-concretebeam-columnjointWANGChuanqi~,LIUXiaodong2，GA0Xuanne，(1．CivilEngineeringDepartment，TheUnive

3、rsityofMemphis，Memphis38152，Tennessee，U．S．：2．JiangsuCenturyArchitectureDesignCo．Ltd．，Changzhou213000，Jiangsu，China：3．CivilEngineeringCollege，HuaqiaoUniversity，Quanzhou362021，Fnjian，China)0引言薄壁型钢一混凝土梁一柱节点是一种新型结构的构件，国内外对其耐火性能及抗火设计方法的研究尚不成熟，在这种情况下，如果按照钢构件进行耐火保护，很有可能造成资源L雠，截．h●浪费，而

4、且对其耐火度的确定缺乏必要的科学认识[。火灾面二条件下的结构构件不仅受到静力荷载的作用，还要受到温度组合柱截面荷载的作用。高温不仅使材料的强度和变形性能严重劣化，华还使得结构产生剧烈的内(应)力重分布，并且温度和荷载图1薄壁型钢一混凝土梁一柱组合节点构造(应力)有显著的耦合作用效应，使材料的本构关系和构件受构件设计：柱的截面尺寸为300mmx300mm，梁的截面力性能随温度一荷载途径而有较大变化[5-7]。为深入了解高温尺寸为250mmxl50mm，柱上下各取600mm；梁两边从对称下薄壁型钢一混凝土组合结构梁一柱节点的强度和变形的变轴算起各取100

5、0mm；钢板厚度3mm，钢材都采用Q235，内化规律，首先必须分析梁一柱节点构件的截面温度场。部填充C35混凝土。l节点有限元模型2温度场数值模拟薄壁型钢一混凝土梁一柱节点以及梁柱截面见图1。外界环境温度按IS0834标准升温曲线变化嘲，没有防火保护层。构件单元网格划分见图2(考虑到结构的对称性，为收稿日期：2013—03—12；修订日期：2013—04—28了减小运算时间，计算只采用1／2模型，柱的另一侧施加对称作者简介：王传奇，男，1984年生，安徽蚌埠人，博士研究生，主要从事约束)。组合节点在高温环境中180rain后构件截面温度场云钢结构和组

6、合结构及新型土工泡沫材料的研究。E-mail：wangeq3121图见图3。@hotmail．eom。·82·新型建筑材料2013．9学兔兔www.xuetutu.com王传奇，等：薄壁型钢一混凝土梁一柱节点温度场数值分析点构件无保护层情况下各个典型位置的温度一时问曲线，分别见图5、图5。——V一联温度计算点Ie彳LfI卜图2计算温度场采用的有限元网格图4组合节点典型位置温度计算点位置(mm)赠瑚咖啪湖咖跏伽姗啪o咖咖啪咖

7、；蜘姗卿o01800360054007200900010800时间／s图3组合节点180min时温度场云图图5柱截面典型位置温度

8、一时间曲线由图3可知，对于四面受火的柱截面，外边缘等温线与截1面形状近似，向截面内部开始退化，大致均呈椭圆形。由于截1面外边缘靠近高温气流，温度梯度变化较大，温度差变化大，p随着向构件截面内深入，温度梯度变化平缓，温度差变化也减小。截面四角温度高于边长中心的温度，因此截面四角会产生赠较大的温度应力集中。核心混凝土的温度在截面中心温度最低，沿径向由中心向边缘温度越来越高，在混凝土柱外壁与钢管接触的地方温度最高。钢管由于壁很薄，受火时温度沿截面基本均匀分布，温度梯度不大，同时钢管的温度要远远高于核图6粱截面典型位置温度一时间曲线心混凝土，这是由于混凝土的

9、导热性能较差，导热系数约为钢由图5和图6可知，在火灾开始阶段，薄壁型钢混凝土构管导热系数的1／50。和四面受