混凝土高温爆裂机理的数值分析研究

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发布时间：2021-09-18

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混凝土高温爆裂机理的数值分析研究
李荣涛
(大连大学辽宁省高校复杂结构体系灾害于贞测与防治重点实验室，辽宁大连116622)
摘要：材料的高温爆裂现象在工程实际中时有发生。对混凝土材料，这种热不稳定性现象则显得尤其值得关注，因其能够严重
危害到建筑结构的整体性，从而对人们的生活或生产构成极大的隐患。到目前为止，关于混凝土高温爆裂的机理还难以达成共识。在
前期工作的基础上，利用数值模拟手段对混凝十高温爆裂的机理进行更深层次的分析，力图揭示实验中所难以获得的材料内部发生
的细节。
关键词：数值模拟；混凝土：高温：爆裂
中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1001—702X(2011)01—0001—04
Numerical analysis of the mechanism of explosive spalling in heated concrete
LI Rongtao
(Key Laboratory for Prediction ＆ Control Oil Complicated Structure System of the Education Department of
Liaoning Province，Dalian University，Dalian 1 16622，Liaoning，China)
Abstract：Spalling at high temperature is phenomenon that can be observed in different materials． For concrete，this
phenomenon，considered as thermal instability of the material，can seriously jeopardize the integrity of a whole structure during fire
and can even constitute a great risk to people S life and production．Nowadays，many explanations to the mechanism of spalling
exist but still no one can be accepted by al1．Therefore，on the basis of the previous works，a further analysis on the mechanism of
explosive spalling in concrete exposed to high temperature is done by means of numerical simulation，trying to reveal the detailed
behaviors of concrete that can not be obtained from laboratory experiments．
Key words：numerical analysis；concrete；high temperature；explosive spalling
0 引言
与木材和钢材相比，混凝土材料具有良好的耐火性能，这
主要体现在2个方面：一是不燃性；二是良好的隔热性。但是，
其不可忽视的一个致命缺陷是在受火急热等高温环境下易于
发生爆裂(spalling)破坏现象【1。表现为混凝土以动态的方式
从其结构表面剥落或分离成若干碎块，从而使暴露的钢筋快
速软化屈服，构件有效截面减少，不仅大大降低了结构的承载
能力，而且会导致结构整体坍塌。如最近2010年7月发生在
大连新港原油码头的重大火灾，从现场报道和图片中可以清
基金项目：国家自然科学基金项目(50278012)
辽宁省教育厅基金项目(2009A064)
收稿日期：2010—09—14
作者简介：李荣涛，男，1978年生，辽宁大连人，博士，讲师，主要从事
高温下混凝土中非线性耦合问题研究。地址：辽宁省大连市经济技术
开发区大连大学建筑工稗学院，E—Inail：lirontgtao@dl 。
晰地看出，绝大多数建筑物结构的严重损坏和倒塌均是由火
灾高温引起混凝土爆裂所导致的。并且大量的研究资料还
表明，高强混凝土(HSC)与普通混凝土(NSC)在高温下的破
坏表现及性能也有很大的不同，特别是在快速升温的火灾(高
温)下，HSC更易发生爆裂破坏现象。
近年来，随着世界各国对工程结构减灾防火重视程度的
提高，高温下混凝土的爆裂问题研究已成为学术界和工程界
所关注的热点之一。但迄今为止，关于混凝土在高温下爆裂的
机理尚未有统一的观点。本文的目的是在作者之前的工作 1
基础上，利用数值模拟手段对混凝土高温爆裂的机理进行更
深层次的分析，力图揭示出实验中所难以获得的材料内部发
生的各种真实细节，为混凝结构减防火灾设计提供科学依
据和有力工具。
1 爆裂类型和机理探讨
1．1 爆裂的类型
爆裂的发生一般是突然和剧烈的，可能发生在构件某一