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1、基于ABAQUS的火灾作用下组合梁的温度场分析郝聪龙(武汉理工大学土木工程与建筑学院,湖北武汉430070)摘要:以有限元程序ABAQUS为平台,提出用于模拟钢-q=α·(T-T)(2)ccgb混凝土组合梁在火灾作用下的温度场数值分析模型。该模式中αc-对流传热系数,αc=25W/(m·°C);型分析了组合梁截面不同位置点的升温曲线,得到了该组合qc-单位时间向构件单位表面积上传递的热量,2梁中钢梁及混凝土的升温特性和规律。通过对比模型结果W/m;T-空气的温度°,C;与简化计算结果,表明用ABAQUS模拟钢-混凝土组合梁的gT-构件表面的温度°,
2、C。温度场的适用性及通用性。b2)热辐射表达式。关键词:ABAQUS;组合梁;火灾;有限元;温度场分析=ϕ·ε4-T4q·σ·[(T+273)(+273)](3)中图分类号:TU375．1文献标志码:Brrgb式中ε-综合辐射系数,一般取0．5;文章编号:1672-4011(2017)03-0222-03rϕ-形状系数,取1．0;DOI:10．3969/j．issn．1672-4011．2017．03．107-82σ-Stefan-Boltzmann常数,取5．67×10[W/(m40前言·K)]。组合梁由混凝土板和型钢梁组成。混凝土和钢材的受2材
3、料热工参数分析力性能与温度有着很密切的关系,一般情况下,材料的强度2．1混凝土的热工参数随温度的升高而呈现下降趋势。因此,要了解高温过程中钢混凝土的热工性能参数包括热传导系数、比热、密度,这-混凝土组合梁的强度和变形规律,首先须分析钢-混凝土些参数主要用于分析火灾下混凝土构件内部的温度场组合梁的温度场。本文通过热学的基本原理,并结合实际情[2]分布。况,采用有限元程序ABAQUS进行温度场的计算与模拟。在1)热传导系数λ。影响混凝土的热传导系数的主要因简化计算方法中,依据真实的火灾情况,通过高温下混凝土c素有骨料类型、配合比、含水率等。热工性能、边
4、界条件、截面形状系数,计算出型钢及混凝土板[3]本文采用欧洲规范EC4给出的高温下混凝土的热传的截面温度分布,并且为后面组合梁的结构力学分析提供可导系数表达式:靠的温度场。T2Tλ=0．012()-0．24()+2(4)c1201201热学模型分析的基本原理式中,220°C≤T≤1200°Cc1．1热传导基本方程2)比热c。温度大小、混凝土的骨料类型、配合比以及c热量传递有三种基本方式是导热、对流和热辐射。火灾水分对混凝土的比热有较大影响的影响。随着温度T的升作用下,热空气与钢结构或混凝土结构表面之间通过热辐高,混凝土的比热c有逐渐增大的趋势。混凝
5、土比热c单cc射、热对流交换和传递热量,而作为结构的构件内部则通过位为J/(kg·°C)或J/(kg·K)。[1]热传导方式交换传递热量。本文采用欧洲规范EC4给出的混凝土比热表达式:在直角坐标系中,根据能量守恒原理以及傅里叶导热定T2Tc=-4()+80()+900(5)c120120律得出:∂T=∂∂T+∂∂T+∂∂T式中,20°C≤Tc≤1200°Cρc∂t∂x(λ∂x)∂y(λ∂y)∂z(λ∂z)(1)3)密度ρ。混凝土的密度由于体内自由水的蒸发,在c3式中ρ-介质的密度,kg/m;100°后有所下降,但通常可忽略,故本文取混凝土密度为常c
6、-介质的比热容,J/(kg·°C);数,即ρ=2400kg。cT-坐标(x,y,z)点在时刻t时的温度°,C;2．2钢材的热工参数λ-介质的导热系数,W/(m·°C)。钢材的热工性能参数包括热传导系数、比热、密度,这些1．2升温边界条件参数主要用于分析火灾下钢梁截面的温度场分布。本文研究的组合梁升温边界条件为第三类边界条件,即1)导热系数λs。热传导系数是指在单位温度梯度条件给定热对流、热辐射来进行热量交换,二者分别遵循牛顿冷下,单位面积上在单位时间内所传递的热量,其单位为W/却方程以及斯蒂芬-波尔兹曼方程,其表达式分别如下:(m·K)或W/(m·
7、°C)。钢材的热传导系数很大,导热性能1)热对流表达式。良好,本文中钢梁的厚度为10、8mm,可近似认为该厚度方向上的温度梯度接近于零,可按截面温度均匀分布考虑。本文采用欧洲规范EC3及EC4给出的表达式:收稿日期:2017-01-10=54-3．33×10-2λT20°C≤T≤800°C作者简介:郝聪龙(1992-),男,河北邯郸人,在读硕士研究生,主要sSs研究方向:组合结构抗火。λ=27．3800°C≤T≤1200°C(6)ss·222·2)比热容Cs。比热容是指单位质量的物体升高或降低4温度场的简化计算及验证1°时所吸收或释放的热量,其单位
8、为J/(kg·°C)或J/(kg·4．1对于无保护层的钢构件K)。本文参考欧洲规范及其他文献中比热的表达式,在实根据热平衡
