火 灾 下 钢 骨 混凝 土柱 温 度 场 分 布 的数 值 分 析 NumericalAnalysis on Temperature Distribution in Steel Reinforced Concrete Columns AgainstFire 褚 航 ’．冯 颖慧 ZHU Hang ，FEN G Ying—hui (1．浙江 省 建筑 设 汁研 究 院 ，浙 江 杭 州 310006；2．杭 州 市 公 路 交 通 管 理 局 ，浙 江 杭 州 310012) 摘 要 ：配 钢 管 的 钢 骨 混 凝 土 柱 由 于 其 优 越 的 力 学 性 能 ，在 我 围 高 层 和超 高 层 建 筑 中 得 到越 来 越 广 泛 的 应 用 ，其 防 火 设 计 也 更为重要。对于钢骨混凝土柱过火残余承载力 ，日前国内研究还较少。为研究钢骨混凝土柱过火残余 承载力 ，首先 要对钢骨混凝 土 柱 在 火 灾 情 况 下温 度 场 的 分 布 进 行 研 究 ，以 下 对 温 度 场 进 行 了 数 值 模 拟 ，分 析 比较 了 受 火 时 间 、柱 截 面 尺 寸 和 钢 管 外 径 三 个 参 数对 温度 场 分 布 的 影 响 。 关键 词 ：圆 钢管 核 心柱 ；温度 场分 布 ；数 值 分 析 中 图分 类号 ：TU11l 19 2；TU528 59 文 献 标 识 码 ：A 文章 编 号 ：1008—3707(2011)0l—O0l3—04 ‘ 火灾 作用 下 ，圆 钢 管钢 骨 混 凝 土 柱 构 件 截 面 的 温度分 布 随着 时间 而发 生变 化 ，火灾 作用 后 ，钢与 混 凝 土 的材料 力学 性 能 均 会 有 不 同 程 度 的退 化 ，退 化 的程度 与火 灾 作用 下 的 温度 有 很 大 的关 系 。 因此 ， 为 了能 够研 究火 灾后 核心 柱 钢管 与核 心混 凝土 的残 余 粘结 强度 ，必 须 首 先 确 定 核 心 柱 的温 度 场 分 布 。 本 文利 用 ANSYS有 限元 分 析程 序 的热分 析模 块 ，对 火 灾作用 下 的温 度 场进 行 了模 拟 分 析 ，从 而 为火 灾 后 的力 学分 析奠 定 了基础 。 1 钢 骨混凝 土柱温 度场 的数值 模 拟基本 理论 1．1 钢 骨混 凝 土柱 的热传 导 方程及 定解条 件 在火灾情 况下 ，钢管 混凝土结 构截 面的温度 分 布 随时间 而发生变化 ，组 成钢管 混凝土 的钢材 和混 凝土 以及防火涂料 的导热 系数 、比热 与密度 等热 工参 数在 高温火灾作用 下 也不 是 常数 ，而 是 温 度 的 函数 ，所 以 钢管混凝土结 构 的传 热是一个 非线性 瞬态 问题 。其微 分方程是一个 非线性 抛物线型 偏微分方 程 。 根 据 文献 [1]，对 于 内部 无 热 源 的各 向 同性 介 质 ，其 三维 瞬态 热传 导微 分方 程 的表 达式 为 ： OT = + + ) ㈩ 式 (1)中 ：一 热传 导 系数 ； f一 火 的燃烧 时 间 。 上 面热 传导 方 程 的定 解 条件 包括 初始 条件 和边 界 条件 。初 始条 件 假 设 整 个 构件 截 面温 度 均 匀 ，都 等 于室 内温 度 。边 界 条 件 一般 可 分 为 四类 ：第 一 类 是 已知物 体边 界 上 的 温 度 函数 ；第 二 类 是 已知 物 体 边 界上 的热 流密 度 ；第 三 类 是 已知 与 物体 相 接 触 的 流体 介质 的温度 和热 交 换 系 数 O／；第 四类 是 已知 固体 与 固体接 触 面上 的换热 条 件 。 火灾 情况 下 ，柱一 般都 是 处于 四面 受火 状态 ，可 燃物燃 烧 产生 的 大 量 热量 将 全 部 被 四周 所 吸 收 ，因 此受火 构 件会 形成 随 时问 变化 的不 稳定 对流 和辐 射 综 合传 热 与导 热过 程 。所 以在 柱构件 热 传导 的边 界 条 件一 般 为第 三类 边界 条件 。 建 筑结 构在 火 灾情 况下 的升温一 般 都是先 快后 慢 ，初始 阶段温 度变 化 比较 剧烈 ，然后 变化 逐渐 趋平 缓 。 目前 国 际 上 较 为通 用 的 有 ：国 际 标 准 ISO一834 与 加拿 大规 程 CAN—S—lO1升 温 曲线 。

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