薄壁钢管混凝土柱抗火性能试验

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发布时间：2021-09-06

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薄壁钢管混凝土柱抗火性能试验
程志宏
(运城市建筑工程有限公司，山西运城044000)
【摘要】对薄壁钢管混凝土柱可能存在的四种受火方式进行了温度场的分析，即：四面受火、三面受火、两
面受火和单面受火，并对四种情况进行了比较分析。文中的研究成果对薄壁钢管混凝土柱的耐火性具有重要的
理论意义和实用价值。
【关键词】薄壁钢管；抗火性能；混凝土柱
【中图分类号】TU311 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2011)0l一0084—03
薄壁钢管混凝土组合柱是轻钢混凝土组合结构
体系中的一种，它不仅具有普通钢管混凝土柱的优
点，还兼备外形整洁、形式灵活等优点，具有广阔的应
用前景。但由于薄壁钢管混凝土组合柱是一种新
型结构，对其抗火性能及设计方法的研究尚不成熟，
如果按照钢构件对其进行防火保护，不仅会造成浪
费，而且对结构耐火度的确定缺乏必要的科学依据。
因此，深入地研究薄壁钢管混凝土柱的耐火性能具有
重要的理论意义和实用价值。
1 温度场模拟计算
文中薄壁钢管和混凝土的热工性能取用欧洲规
范EC3的建议值。温度变化曲线采用国际标准化组
织ISO一834升温曲线。以下按受火面的不同分为。
1．1 单面受火
以薄壁钢管混凝土柱Z一1为例，单面受火时薄
壁钢管混凝土柱的温度场分布云图，见图1。
由图1各个时刻的温度场分布图来看，单面受火
时，薄壁钢管混凝土柱截面的温度普遍较低，且温度
等值线与受火边近似平行，距受火面越远，温度越低。
长边受火情况下，柱与高温气流的接触面积比短边受
裔
赠
火情况下的大，传输到内部的热量多，柱截面的温度
较高。图2和3分别为长边受火与短边受火两种情况
下混凝土中心点和钢管的温度随时间的变化情况，可
以看出，随时间的增长，两种情况下混凝土中心的温
度差别逐渐拉大，这除了上述原因外，还因为短边受
热情况下，混凝土中心点离高温气流相对较远，获得
的传导和辐射的热量较少。而钢管表面的温度值以
及变化趋势，在两种单面受火情况下大致相同，这是
因为钢管的壁厚较薄，且钢管的热传导能力强，热容
小，升温较快。
(a)120min后温度三维分布图 (b)60min时温度场等值线云图
图1 长边单面受火时1／2柱模型在各时刻的温度场分布云图
裔
赠
⋯ · ’ 长边受火一短边受火 ⋯ ·。长边受火一。短边受火 ⋯ ．长边对面受火⋯⋯短边对面受火一邻面受火
图2 单面受火对混凝土中心温度的影响图3 单面受火对钢管表面温度的影响图4 两面受火对应的核心混凝土温度
1．2 两面受火两面受火分为两邻面受火、两长边对面受火和两
程志宏：溥壁钢管混凝土柱抗火性能试验
短边对面受火三种情况。以薄壁钢管混凝土柱z一1
为例，图4和图5为两长边对面受火、两短边对面受火
和两邻面受火三种情况下，柱截面混凝土中心点和钢
管表面的温度一时问曲线。由图可见，三条曲线中，
长边对面受火情况下对应的混凝土温度最高，短边对
面受火情况下对应混凝土的温度次之，两邻面受火情
况下的混凝土温度最低；而对于钢管表面温度，长边
对面受火时和短边对面受火时的钢管表面的温度随
高
赠
时间的变化情况相同，两邻面受火时钢管表面的温度
则比前两种情况下的温度偏低。
从图4和图5也可以看出，两对面受火比两邻面
受火对薄壁钢管混凝土柱更具有危险性，原因是两对
面受火时，高温气流对柱的热辐射和热对流比较均
匀，混凝土承受两面钢管的对称传导的热量，受热充
分；而两邻面受火时，高温气流对柱的热辐射和热对
流较为集中，混凝土局部受热。