火灾下钢筋混凝土剪力墙温度场分析

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发布时间：2021-09-25

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火灾下钢筋混凝土剪力墙温度场分析
刘桂荣。宋玉普
(大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连 1 16024)
摘要：对火灾下钢筋混凝土剪力墙的温度场进行了有限元计算分析，得到了剪力墙截面温度场分布规律，计算结果与试验结果符合较
好。在此基础上，分析了混凝土热工参数、迎火面对流系数及综合辐射系数对混凝土剪力墙温度场的影响。结果表明：已有文献给出的混凝
土热工参数对剪力墙温度场影响不大，但是温度场对迎火面对流系数及综合辐射系数的变化较为敏感。
关键词：火灾；剪力墙；温度场；热工参数；对流系数；综合辐射系数
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2010)Ol一0004—03
Tem perature field of reinforced concrete shear w alls exposed to fire
LrU Gui—tong．SONG Yu-pu
(StateKeyLaboratoryofCostal andOffshoreEngineering，DalianUniversityofTechnology，Dalian 116024，China)
Abstract： The thermal field ofreinforced concrete shear wall under fire is analyzed by finite elem ent analysis software ANSYS and the section
temperature distribution is obtained．M oreover，the numerical and experimental results are compared and a good agreement is shown． Based on the
finite elem ent m odel，a developed parametric analysis is undertaken，in which thermal properties of concrete．convection coeffi cient and radimion
factor ofthe exposed surface are taken into account．The results indicate that therm al properties ofconcrete given by th e related docum ents have lit．
tie effect on temperature field．However，temperature distribution iS sensitive tO changes in convection and radiation factors ofthe exposed side．
Keyw ords： fire；shearwall；temperaturefield；therma1parameters；convection coem cient；combined radiationfactor
0 引言
确定混凝土结构火灾下的温度场分布是进行火灾下力学
反应分析的前提，且对火灾后结构损伤的正确评估及修复加固
也具有重要作用。钢筋混凝土结构温度场一般不受其内力和变
形状态影响，因而温度场分析可以先于结构分析独立进行Ⅲ。火
灾下混凝土结构温度场分析是一个复杂的非线性瞬态导热问
题，无法运用解析法求解。本文利用有限元 ANSYS软件进行
了混凝土剪力墙火灾下的温度场模拟，并与试验结果进行了对比。
火灾下混凝土构件的温度场分布受材料热工参数等因素
的影响。通过试验研究各种参数对温度场的影响难度较大。本
文通过有限元计算分析研究了混凝土热1二参数以及迎火面对
流系数、综合辐射系数对混凝土剪力墙火灾下温度场的影响规律。
1 温度场数学模型
1．1 导热平衡方程
当混凝土构件遭受火灾作用时，其内部温度场分布是一个
非线性瞬态问题，导热微分方程为[2]：
pc t + + ) ㈩』 …
式中：p一材料密度，kg／m ；
c——材料质量热容，J／(kg·K)；
卜内部温度，℃；
收稿日期：2009-07-28
基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助课题(200801410005)
· 4 ·
￡——火灾时间，S；
— — 材料导热系数，W／(m·K)。
1．2 定解条件
为了求出火灾下混凝土构件温度场分布，还需要确定结构
的初始条件和边界条件。
(1)初始条件
初始条件指火灾开始时刻计算模型所具有的已知条件，一
般假设整个结构的温度均匀，且等于环境温度，表示为：
71 (2)
(2)边界条件
火灾中对流和辐射传热明显，故边界条件中主要考虑这两
种因素的影响，边界条件表示为：
一 n l (Tf— )+ 【( +273)4(T&273)4] (3) d lr …
式中：一对流换热系数，w／(m ·K)；
h 一综合辐射系数；
o— Stefan．Boltzmann常数 (o-=5．67x10 W／(Ill ·I(4))；
火焰温度，℃；
一构件边界的温度，℃。
2 ANsYs有限元温度场分析
钢筋混凝土剪力墙受火面积为 l 200 mmx700 mm，墙厚为
100 mm。火灾试验中，剪力墙水平置于炉顶，单面受火，其两侧