钢管高强混凝土柱温度场的非线性有限元分析

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1、!"!!!!!!!!"!现代钢结构!"!!!!!!!!"!钢管高强混凝土柱温度场的非线性有限元分析#冯九斌刘雪雁（哈尔滨工业大学哈尔滨!"##$#）摘要：在合理地确定了火灾情况下钢管高强混凝土柱受火模型的基础上，利用有限元法计算钢管高强混凝土在火灾情况下的温度场。计算结果与试验结果吻合良好，并考虑了不同保护层厚度（混凝土和防火涂料）及不同直径对钢管混凝土温度场的影响，从而为进一步研究钢管高强混凝土的耐火极限和高温下的力学性能创造了条件。关键词：钢管高强混凝土温度场保护层!"!#$!%&’($!$)%%#%*%!)&!&#+,$,"()-%)%*.%’&)/’%($%#0"(

2、-$1-,)’%!1)-2"!2’%)%($##%0,)%%#)/3%,%&’()*+,*’-*+.+&/0’（102,*’3’45*5+5&678&9:’6;6(/102,*’!"###$）&4567896：<’5:&,04*4675:&2&046’0,;&=&7*’*5*6’6796;+>’?44+2709&5&>@&205+2&*’7*2&，7*’*5&&;&>&’5>&5:6=*40@@;*&=5690;9+;05&5:&5&>@&205+2&7*&;=67:*(:452&’(5:96’92&5&7*;;&=45&&;5+,&4+’=&2:*(:5&>@&205+2

3、&，0’=5:&90;9+;05&=2&4+;547*5A*5:5:64&675&45B&2/405*4709562*;/CD’=5:&&77&9567=*77&2&’57*2&@265&95;0/&240’==*77&2&’5=*>&’4*6’6745&&;5+,&46’5:&5&>@&205+2&7*&;=6796’92&5&7*;;&=45&&;5+,&4+’=&2:*(:5&>@&205+2&*496’4*=&2&=C8:&A62E675:*4@0@&2>0E&*5@644*,;&5645+=/5:&7*2&2&4*450’9&67:*(:452&’(5:96’92

4、&5&7*;;&=45&&;5+,+;02452+95+2&4C:;<=>7?5：:*(:452&’(5:96’92&5&7*;;&=45&&;5+,&45&>@&205+2&7*&;=7*2&@265&95*B&;0/&2目前，钢管高强混凝土已被广泛地应用于实际［!］工程中，而国内外尚未制定出相应的消防技术规@钢材和混凝土的热工性能范，对钢管高强混凝土构件耐火性能的研究也很少。钢材和混凝土的热工性能是研究钢管混凝土耐因此，有必要对钢管高强混凝土柱的耐火性能进行火性能的基础，合理地确定钢材和混凝土的热工性分析。基于这种情况，本文首先对钢管高强混凝土能参数是分析钢管混凝土温度

5、场的重要前提。以柱的温度场进行了分析。往，国内外的许多学者进行了大量的研究工作，取得采用一种有限单元和有限差分的混合解法，即了一系列研究成果，本文将采用文献［!］提供的钢材在空间域内用有限单元网格划分，而在时间域内则和混凝土的热工性能参数表达式进行钢管高强混凝用有限差分网格划分，这是一种成功的结合。因为土温度场的分析。它充分利用了有限单元法在空间域划分中的优点和高强混凝土在高温下的强度变化规律与普通混［G］有限差分法在时间推进中的优点。本文在合理地确凝土相似。高强混凝土在!##IJ##K时抗压强度定火灾情况下钢管混凝土受火面边界条件的基础比常温下降低约!#LI!"L；温度在

6、J##IM##K上，基于国内外许多学者对混凝土和钢材耐热性能时，抗压强度恢复，甚至超过常温时强度的NLI及其影响因素的研究成果，利用有限单元和有限差!#L；继续增加温度，混凝土强度则持续下降，到分的混合解法对钢管高强混凝土（包括带有保护层N##K时仅及常温下的J#L。高温也使混凝土的变的情况）的温度场进行了分析，理论计算结果得到试#本项目由公安部科研基金资助。验结果的验证。第一作者：冯九斌男!$FF年"月出生博士研究生收稿日期：G###H!GH#$3’=+452*0;P6’452+95*6’G##!，Q6;RJ!，S6RM工业建筑G##!年第J!卷第M期"O［"］形模量下降

7、，但与混凝土的强度无关。但是，有关高.%#和加拿大升温曲线)(/#-!"0"（如图"）都是强混凝土的另一份综述报告则特别强调高强混凝土模拟实际火灾而给出的火灾升温模型。程序［!］的耐火性能不如普通混凝土，并强调设计时必须&’()’*&具有较强的通用性，只要适当变化其中的注意这一问题。这份报告还认为，高强混凝土在高某些参数，就可以进行平面问题或轴对称问题的计温下出现崩落的时间要比普通混凝土早，其原因可算。程序既适用于均匀温度场，又适用于非均匀温能是由于高强混凝土的密实性高，高温引起内部水度场的分析；既适用于圆形截面，