水冷却后混凝土柱截面温度的数值模拟.pdfVIP

2009年第5期 混凝土与水泥制品 2009N05 CHINACONCRETEAND PRODUCTS October 10月 CEM【ENT 高温喷水冷却后混凝土柱截面温度的数值模拟 侯高峰 (安徽省·水利部淮委水利科学研究院，蚌埠233000) 捕要：利用有限元软件对高温后钢筋混凝土柱作三维温度场的非线性分析，考虑火灾试验中柱子为截面跨中受火和四面加 热。研究结果表明，计算结果与试验结果吻合良好，说明本文采用ANSYS软件对钢筋混凝土柱的耐火性预测较准，从而为进一步 深入认识钢筋混凝土柱高温下的力学性能创造条件。 关键词：喷水冷却；钢筋混凝土柱；温度场；ANSYS 文献标识码：A 中图分类号：TU375．3 文章编号：1000堋7(2009)05_52-02 0前言 混凝土模型总高度为1800mm，端部牛腿高度 建筑物发生火灾时，在高温作用下，构件的截面温 度会逐渐上升。对于钢筋混凝土构件，由于混凝土材料 的不可燃烧性和热惰性，其内部会形成不均匀的温度 场【1_3J。若想从理论上计算或分析结构的耐火极限，需首 凝土有限元计算单元选用Solid70，钢筋有限元计算单 先确定结构内部的温度分布。求解简单的导热问题，可 元选用link33。 用解析法，但是对于非线性边界条件下的导热问题，解 析法就不可行。针对这一问题，本文采用大型有限元软 件ANSYS对四面受火钢筋混凝土柱进行非线性温度 场的模拟分析，模拟结果与实测结果变化趋势一致，其 研究结果有助于进一步深入认识钢筋混凝土高温下的 力学性能和耐火极限。 图I混凝土单无模型图 1 材料基本参数的确定 钢筋混凝土柱的组成材料主要为混凝土和钢筋， 具体参数取值如下： (1)热传导系数k：同济大学结构工程与防灾研 究所对混凝土的热传导系数进行了测试，建议对高温 下混凝土的热传导系数采用下式表示14t：入F1．6—7．06x 图2钢筋单元模型图 101，而钢筋的导热系数参考T．T．Liem的建议。 (2)比热容C：根据文献【4】，混凝土的比热容可表2．2施加温度荷载 初始温度取试验时的环境温度，对流边界条件可 示为：C(T)=840+420·T／850，而钢筋的比热表达式为： CsO．481+7．995xlO-7[kJ／(kg·℃)1。 以作为面荷载(具体输入参数为对流系数和室温)施加 (3)换热系数：在实际分析中使用综合换热系数来 于实体的表面，计算固体和流体间的热交换。对于模型 代替一般传热过程中的换热系数，将辐射换热与对流 受高温区域，受高温面和炉膛的热量交换主要是以对 换热综合考虑。具体取值见表l响。 流和辐射进行的，有限元分析中的对流系数采用综合 表1综合换热系数d 换热系数[61。本次试验柱升温速率取lO。C／min，柱内部 400 600700800900 温度，℃ 60—200 500 温度通过布置4个热电偶得到，具体见图3。 11．63 23．2634．8946．5263．9781．41 a[W／(m2·K)I 17．45 将计算得到的温度场作为模型的初始条件，重新 设置环境温度和冷却条件下的换热系数，可以得出经 (4)质量密度：混凝土的质量密度取值为2400kg／ m3，钢筋质量密度保持为7800kg／m3。