高温下高强混凝土导热系数反演及其变异性.pdf

第 3 1卷 第 1 期 2 O 1 4年 3月 建筑科 学与工程 学报 J o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n g i n e e r i n g Vo1 31 M a r NO 1 2 O1 4 文章编号 ： 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 4 ) O 1 0 0 4 4 0 6 吉 日 同im t 下高强混凝土导热 系数反演及其变异性 肖建庄 ， 李 志卫 ( 同济大学 建筑工程系 ， 上海2 0 0 0 9 2 ) 摘 要 ： 为研 究 高温下 高强混 凝 土( HS C) 的 导 热 系数 ， 对 6种 工况 下 的 高 强 混凝 土 试 件 进 行 了高 温 试验 ， 得 到不 同高温 下 高强混凝 土 的 内部 温度 场 。基 于一维 热传 导理 论和 实测 温度 ， 利 用差 分原理 推导的 离散 温度点表示的导热 系数计算公式， 反演分析 了高温下高强混凝土的导热 系数 ， 并分析了 高温 下导热 系数 的 变化 规律 及 变异性 ； 最后 建 立 了高温 下 高强 混凝 土导 热 系数 的计 算 公 式 。研 究 结果表明： 高温下高强混凝土 内部的温度 变化可以分为 3个阶段 ， 高温下高强混凝土的导热 系数随 着温度 的升 高 而逐 渐 降低 ， 但 是 在2 0 0。 C4 0 0 时 出现反 弹现 象 ， 5 0 0后 趋 于稳 定 ； 利 用所建 立 的导热 系数公式计算的温度场与相关文献中试验结果吻合较好。 关 键词 ： 高强混凝 土 ； 高 温 ； 导热 系数 ； 反 演 ； 变异性 ； 拟合 曲线 中图分 类号 ： T U1 1 1 文 献标 志码 ： A Ba c k - - a na l y s i s a nd Va r i a bi l i t y o f The r ma l Co nd u c t i v i t y o f Hi g h - 。 s t r e ng t h Co n c r e t e Und e r Hi g h Te m pe r a t u r e s XI AO J i a n z h u a n g ，LI Z h i we i ( De p a r t me n t o f Bu i l d i n g E n g i n e e r i n g，To n g j i Un i v e r s i t y ，S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2， Ab s t r a c t ：I n o r d e r t o s t ud y t he t he r ma l c o nd uc t i v i t y of h i gh s t r e ng t h c on c r e t e ( H S C)un de r hi gh t e mpe r a t ur e s ，t h e h i gh t e m p e r a t u r e e x pe r i m e nt s f o r s i x t yp e s o f HSC s pe c i me ns we r e c on du c t e d a nd t h e i nt e r n a l t e mpe r a t ur e f i e l d s o f HSC un de r d i f f e r e n t hi g h t e mpe r a t ur e s we r e r e c o r d e d The c a l c ul a t i on f or mul a e of t he r m a l c o ndu c t i v i t i e s o f H S C und e r h i gh t e mpe r a t ur e s we r e de r i ve d b a s e d on t h e b a c k a n a l ys i s o f on e di m e n s i o n he a t c on du c t i on t h e o r y， me a s ur e d t e mpe r a t ur e s a nd t he e qu a t i o n f o r t he r ma l c on du c t i vi t y e xp r e s s e d by d i s c r e t e t e mpe r a t ur e v a l ue s d e r i v e d by di f f e r e nc e p r i nc i pl e s M e a n whi l e，t he c h a ng i ng r e gul a r i t i e s a nd v a r i a b i l i t y o f t he t h e r mal c o ndu c t i v i t y u nd e r h i gh t e m pe r a t ur e s we r e a na l y z e d At l a s t ，t h e c a l c ul a t i o n f or m u l a e f o r t he t h e r ma l c o nd uc t i v i t y o f H SC u nde r h i gh t e mpe r a t ur e s we r e e s t a b l i s h e d Th e s t u dy r e s ul t s s ho w t h a t t he i nt e r n a l t e m p e r a t ur e v a r i a t i on o f H S C und e r h i gh t e mpe r a t ur e s c a n b e di vi de d i n t o t hr e e pha s e s The t he r m a l c on du c t i vi t y un de r h i gh t e m p e r a t u r e s o f H SC wi l l d e c r e a s e wi t h t h e i nc r e a s i ng of t e m p e r a t ur e But t h e t he r ma 1 c o ndu c t i v i t y r e b ou nd s a t 2 0 0 。C一 4 0 0 a n d t e nds t o s t a bi l i z e whe n t he t e mpe r a t u r e i s be y o nd 5 00 。 CTh e t e m p e r a t u r e f i e l ds c a l c ul a t e d b y t he p r o p os e d f o r m u l a e a r e i n g oo d a g r e e me nt wi t h t h o s e o f ot h e r t e s t r e s ul t s i n r e l a t i v e l i t e r a t u r e Ke y wo r d s：hi g h s t r e n gt h c o nc r e t e；hi g h t e mpe r a t ur e；t he r ma l c o n duc t i v i t y；ba c k a n a l y s i s ；v a r i a bi l i t y；f i t t e d c u r ve 收稿 日期 ： 2 0 1 4 - 0 1 1 9 基金项 目： 国家重点基础研究发展计划( “ 九七三” 计划) 项 目( 2 0 1 2 C B 7 1 9 7 0 3 ) 作者简介 ： 肖建庄 ( 1 9 6 8 一 ) ， 男 ， 山东沂南人 ， 教授 ， 博 士研究 生导师， 工学博士 ， Ema i l ： i z x t o n g i i e d u c n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 肖建庄， 等： 高温下高强混凝土导热系数反演及其变异性 4 5 0 引 言 由于高 强 混 凝 土 ( HS C) 比普 通 混 凝 土 具 有 更 高 的强 度和更 好 的耐 久性 ， 近 年 来 在 土木 工 程 中得 到 了大 量应用 I 1 ； 同时 ， 很 多混凝 土 工程需 要 考虑 抗 火防灾 ， 因而 HS C的抗火性能越来 越 引起人 们 的 重视 。导热系数是研究火灾中混凝土结构高温反应 的基础 ， 各国专家对导热系数 进行 了测定_ 2 ， 这些 导热 系 数都 是通 过对 普通 混凝 土 的试验 所得 。针 对 HS C导热系数的研究较少 ， 只有文献 5 ， 6 中分 别通 过试 验 和理 论 推导 对 HS C的 导热 系数 进 行 了 分析 ， 而 2篇文献所研究的结果存在一定 的差异 。 随 着 温度 的升 高 ， 混 凝 土材 料 会 发 生一 系列 的 物理和化学变化 ， 导热系数随之改变 ， 只有确定了高 温下 混 凝土 的导 热 系数才 能准 确计 算 高温对 混凝 土 结构 的影响 。目前试验和理论方法都难 以完全考虑 实 际工 程 中混 凝 土复 杂 的细 微观 结 构 ， HS C导热 系 数还有待进一步的研究 。本文 中笔者采用试验与理 论相结合的方法 ， 首先测量高温下 2种强度 HS C的 温度 场 ， 然后 反 演计 算 高 温 下 HS C 的导 热 系 数 ， 以 期 为混凝 土 导热 系数 的研 究开辟 一 条新 途径 。 1 理 论 基础 1 1传热 学基 本理 论 热量传递有 3种基本方式 ： 热传导 、 热对流和热 辐射 。热传 导遵 循傅 里 叶定律 q= 2gr a d T ( 1 ) 式 中 ： 口为热 流密 度 ； 为 导 热 系 数 ； g r a n d T为 温 度 梯度 。 热对流的基本计算式是牛顿冷却公式 口 一 h( T 一 Tf ) ( 2 ) 式 中 ： h为对 流换 热系 数 ； T ， Tr 分别 为壁 面温 度 和 流体 温度 ， 在本 文 试 验 中分 别 代 表 混 凝 土 表 面 和 炉 中空 气 的温度 。 可 以通过 斯 蒂芬一 波 尔兹曼 方 程来计 算 热辐 射 一 1 A1 ( Tl +2 7 3 ) 一( T 2 +2 7 3 ) ( 3 ) 式 中： 为 热流量 ； 为斯 蒂芬一 波 尔兹 曼常 量， 为 5 6 7 1 0 W ( m。 K ) ； A 为辐射 面 1的面 积 I 1 为 辐射 率 ( 黑度 ) ； T ， T 分别 为辐 射 面 1和辐 射面 2的温度 ， 在本文试验 中分别代表炉壁和混凝 土 表 面 的温度 。 1 2导 热 系数反 演理 论 一 维瞬态热传导方程为 7 3T a T 0 0 一 3t一 十 4) 式 中： n为导温系数， n = = = A， fD 为密度， C为 比热容 ； f J 为绝 热温 升 ； t 为时 间 ； T 为温 度 。 口 忽略混 凝 土 自身 的热 量 ， 则 式 ( 4 ) 中 一0 。沿 c ， 热量传播的方向布置 3个热电偶 ， 分别记作i 一1 ， i ， +1 ， 间距 为 h 和 h ， 如 图 1所 示 。根 据 差 分 原 理 ， 用离散的温度值代替连续 的温度变化并忽略截 断误差 ， 由 中心 差分 原理 可 知 图 1 热 电偶 布 置 Fi g 1 A r r a n g e m e nt o f Th e r mo c o up l e s ( 3 6 T) 汁 丢 ( T 厂 T ) ( 5 ) ( 1 ( T ) ( 6) ( 筹 一 丢 ( f ) 一 1 ( 丁 一 T ) ( 7 ) 用 向后差分方法计算 ( 务 ( 一 f ) ( 8 ) 由式( 4 ) ( 8 ) 得到利用差分原理表示的热传导 计 算公 式 为 I ( T 一丁 ) 一 c l ( r + 一 ， ) 一 i ( T 一 T 一 ) ( 9 ) 式 中： T H T + 1 分别为距试件表面 3 3 mm的热电 偶 一1 ， +1处的温度， T 卜 。 一T T 为试件中 心 处 的温度 ； h 卜1 -h 一4 2 mm。 热 电偶 位 置 确 定 后 ， h H ， h 为 定 值 ， 只 需要 记 录热 电偶 在 t ， t A t 时 刻 的 温度 即可 根 据 式 ( 9 ) 反 演计算导温系数 a ， 从而求出导热系数 = p Ca ( 1 0) 2 高温试 验 2 1 试验 材料 本试验有 2种强度的 HS C， 用 L( 低强度 ) 和 H ( 高强度) 表示 。采用“ 双掺法” 配制 HS C， 配合 比如 表 1所 示 。试 验 材 料 ： L系 列 和 H 系 列 分 别 采 用 4 2 5 R和 5 2 5 R普通硅酸盐水泥 ； 硅粉为 9 0 0级微 硅粉 ； 矿 渣微 粉 为 $ 9 5 级 磨细 高性 能矿 渣微 粉 ； L系 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 6 建筑科 学与工程学报 2 O 1 4年 表 1 HS C 配 合 比 Ta b 1 M i x Pr o po r t i o n s o f HS C 昆 凝土 各材料用量 ( k gm 系列编号 水 泥 硅粉 矿渣微粉 碎石 砂 水 减水剂 I 4 I 3 O 1 3 8 1 O 4 6 61 4 1 8 2 2 1 3 4 H 4 06 2 9 1 4 5 1 1 1 5 6 5 5 1 3 6 1 4 5 0 0 列 和 H 系列 分 别 采 用 粒 径 为 5 2 0 mm 和 5 2 5 mm连续级配硅质碎石 ； 砂 为细度模数为 2 7的中 砂 ； 水为 自来 水 ； 减 水 剂 ( S L) 为 聚羧 酸 超 塑化 剂 ， 含 固量( 质量分数) 为 4 O ， 减水率为 3 o 。 试件 尺 寸为 1 5 0 mm4 0 0 mm6 0 0 mm， 在 试 件厚 度方 向 分 别 距 表 面 5 ， 3 3 mm( 纵 筋 处 ) 和 7 5 mm( 中心 处 ) 预 先放 置 热 电偶 ， HS C试 件 如 图 2所 示 ， 其 中的浅槽 是 为 了高 温 后 的 其他 性 能研 究 。在 标准养护室中放置 2 8 d ， 然后在室内 自然烘干 6 0 d 左右进行高温加热 。试 验时 的混凝 土强度分别 为 6 4 7 MP a ( L系 列 ) 和 9 4 MP a ( H 系列 ) 。试 件 经 历 的最 高温度用阿拉伯数字表示 ， 如 L 一 2 0 0表示强度 较低 的 混 凝 土 ， 经 历 最 高 温 度 为 2 0 0 的 试 件 。 2种 强 度 的 HS C 各 有 3个 预 定 目 标 最 高 温 度 ( 2 0 0 ， 4 0 0。 C， 8 0 0。C) ， 因此 共有 6 种 工况 。 钢 筋 钢 筋 400 r a 1 立面 5 2 8 4 2 l I I l-! I ( b 1 剖 面 图 2 HS C 试 件 ( 单 位 ： mm) F i g 2 HS C S p e c i me n ( Un i t ： mm) 2 2升 温制 度 高温试验在同济大学抗火实验室进行， 采用 电 炉加 热方 式 ， 为 防止 混凝 土爆 裂 损 坏 炉 壁 上 的 电 阻 丝， 将试件装入铁笼 中， 如 图 3所示。升温速率 为 5。 C rai n ， 达 到 预 定 目标 温 度 ( 2 0 0 ， 4 0 0 ， 8 0 0。 C) 后保 持 温度 恒定 ， 直到 试 件 中心 与 预定 目标 温度 的相对温 差 小于 1 O 时停止 高温 试验 。 2 3实测 升温 曲线 每 种 高温 工 况 记 录试 件 3个 不 同位 置 的温 度 ， 不 同工况 下 的温 度 曲线如 图 4 所 示 。由图 4可见 ， 6 种工 况 HS C 内部 的 升 温 趋 势 基 本 相 同 ， 升 温 过 程 大致 可 以分 为 3个 阶段 ： 初 始 阶段温 度缓 慢升 高 ， 图 3高 温 炉 Fi g 3 Hi g h Te m pe r a t u r e Fu r n a c e 这是 因为式 ( 2 ) 中 T 和 T f 以及 式 ( 3 ) 中 丁 和 T。 都 相差不 大 ， 热对 流 和 热 辐射 有 限 ， 此 外 ， 混 凝 土 中 的 自由水 蒸 发吸 收 了部 分热 量 ， 导致 升温 较慢 ； 在 6 O 2 4 0 mi n之 间 ， 温度 快 速 升 高 ， 这是 因为 T ， T f 以及 T ， T ： 相 差 变 大 ， 热 对 流 和 热 辐 射 增 大 ， 混 凝 土试 件快 速 吸热 ； 大 约 2 4 0 mi n后 ， 升 温速 率 逐 渐 减 小 ， 而 且很 难达 到预 定 目标最 高 温度 ( 2 0 0| C， 4 0 0 。 C， 8 0 0。 C) 。这 是 因为 T 接 近 丁 f ， 丁 接 近 丁 。 ， 混 凝 土基 本不 再从 外界 ( 炉膛 ) 吸 收热 量 。对不 同 的预 定 目标 最高 温度 来说 ， 预定 目标 最 高温度 越低 ， 混 凝 土 吸 收热量 越慢 ， 混凝 土试 件 的温度 梯度 越 小 。 3 高温下 的导热 系数 3 1 高温下导热系数的反演计算 HS C试件宽度( 4 0 0 mm) 和高 度 ( 6 0 0 mm) 都 大于 2倍的厚度( 1 5 0 mm) ， 因此把传热过程近似看 作 沿 厚度方 向的一维 热传 导 问题 。在加 热 过程 中试 件 H一 8 0 0表面 发生 局部 爆 裂 ， 距 试 件 表 面 5 mm 的 温度 可能会 受 到 影 响 ， 而 内部 的混 凝 土 完 好 。假 设 距试 件表 面 3 3 mm 的温度 与对 称位 置 ( 距 另一侧 试 件表 面 3 3 mm) 的 温 度 相 同 ， 以这 2个 相 同 的温 度 以及 试件 中心 处 的温 度 为 离 散 温 度 点 ， 混 凝 土 的 温 度取 3个 点 的平均 值 。采用 式 ( 9 ) ， ( i 0 ) 计 算 导热 系 数 ， 其 中 ， L系列 和 H 系 列 的 HS C密 度 J0分 别 取 2 4 0 0 ， 2 5 0 0 k g m_ ， 比热容 c 随 温度变 化 。 T T c 一 9 0 0 + 8 0 一 4 ( ) 2 0T 1 2 0 0 ( 1 1 ) 试验初期设备运行还不稳定 ， 而且温度未传人 试 件 内部 ， 难 以对 导 热 系数 做 正 确 计 算 。 因此 ， 从 5 O |C开 始 分 别 采用 时 间间 隔 A t 一 5 ， 1 0 ， 2 0 mi n进 行 试件 L 一 8 0 0和 试 件 H 8 0 0两 种 工 况 的 导 热 系 数 下 上 T 引 上 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 肖建 庄 ， 等 ： 高温下 高强 混凝 土导 热 系数 反 演及 其 变异性 4 7 时 间 rai n ( a ) 试 件L 一 2 0 0 时 间 mi n ( d ) 试 件H 一 4 0 0 时 间 mi n ( b ) 试 件H一 2 0 0 时 间 mi n ( e 1 试 件L- 8 0 0 图 4 不 同工况下 的温 度曲线 Fi g 4 Te mp e r a t u r e Cu r v e s o f Di f f e r e n t Ca s e s 计算 ， 计算结果如图 5所示 。 由图 5可以看出， 高温下 2种 HS C的导热系数 均随温度的升高呈现降低的趋势 ， 温度 为 2 0 0 4 0 0。 C时 ， 导 热 系数有 少量 的 反弹 增加 ， 这可 能 是 因 为混凝 土 中 的吸 附水 迁 移使 得水 泥胶 体硬 化 l_ g 。另 一 方面， 在试验过程 中观察到炉顶通风 口有水 汽冒 出 ， 当混凝 土 内部 温度 在 8 O。 C左 右 时 ( 此 时混 凝 土 表 面 温度 已超 过 1 0 0 C) 开 始 出 现 水 汽 ， 在 温 度 为 2 2 0。C时 水汽 基本 消失 。水 汽 消失 时 的 温度 与混 凝 土 导 热系数 反 弹增 加 时 的温 度 相 同 ， 此 时 自由水 完 全蒸发， 不再 吸收热量， 更 多的热量传入试 件 中心 处 。 表 现为 混凝 土 的导热 系数 增大 。 当温度 T 5 0 0。 C时， H 系列 的导热系数略大 于 I 系列 ， 5 0 0后 ， 2种 HS C 的导 热 系数 基 本 相 同并趋 于稳 定 。对 L系列 和 H 系列来 说 ， 不 同时 间 间 隔计 算 的导热 系 数 基 本 相 同 ， 时 间 间 隔对 反 演 结 果 影 响不大 。本 文 中采用 A t =1 0 mi n进 行 HS C导 热 系数 的反 演计 算 。 6种 不 同工 况 下 的 导 热 系 数 对 比如 图 6所 示 。 由图 6 可知 ， 不同工况的 HS C计算所得到的导热系 数 变化趋 势 相 同 ， 但是 与 8 0 0时 的计算 结果 相 比 ， 2 0 0。 C， 4 0 0。 C时计算 的导 热系数 变化 幅度更 大。 由此 可见 ， 外 界温 度 的 变 化 过程 也 会 对 高 温 下 导 热 系数的计算产生影响。 3 2导 热 系数 的变 异性 分析 各国专家 已经对高温下普通混凝土的导热系数 进行了一定 的研究 ， 但是导热 系数 的统计规律 ( 均 值 、 标 准差 和 变异 系数 ) 鲜有 文献 报道 。导热 系数是 ， l p 吕 i 曲 ( C ) 试 件L 4 0 0 时 间 rai n ( f ) 试 件H 8 0 0 图 5 不 同时间间隔 下的导热 系数对 比 Fi g 5 Co mp a r i s o n s o f Th e r ma l Co ndu c t i v i t y Un de r Di f f e r e nt Ti me I n t e r v a l s 混凝 土结 构 在 火 灾 中 可 靠 度 分 析 和安 全 评 价 的基 础 ， 应该 引起 重视 。由第 3 1 节 中可 知 ， 混 凝土 的强 4 3 2 1 0 一 _ 一 p g v 每】 ， 砷 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 8 建 筑科 学与 工程 学报 2 O 1 4年 图 6 不 同 工 况 下 的 导 热 系数 对 比 Fi g 6 Co mpa r i s o ns of The r ma l Co nd u c t i v i t y Und e r Di f f e r e nt Ca s e s 度 、 升温 过程 等都 会 对 导 热 系数 反 演 分 析 产 生 不确 定的影响。根据此 次试验 的特点 ， 进行不同工况下 导热 系数 的变 异性 分析 ， 统计数 据见表 2 。导 热 系数 的平均值 在 1 3 W ( m ) _ 1 之 间 ， 5 0 0。C后 基本 保持稳定， 这与文献 2 中的导热系数变化趋势类 似 。由标 准 差 和变 异 系 数 的变 化 规 律可 知 ， 2 0 2 0 0 时 ， HS C导 热 系 数 的 变 异 性 较 大 ， 随 着 温 度 的升高 ， 导热系数的变异性有降低的趋势。 4 高温下 HS C导热系数 的拟合公式 4 1 导 热 系数 的计算 公式 由第 3 2节 中 的分 析可 知 ， 5 0 0。C以上 时 HS C 导热 系数 变化 不大 ， 现假 设 超 过 7 0 0后 导 热 系数 不再 变化 ， 同时亦 假设 1 0 0。 C以下 导 热 系数 保 持 恒 定。根据表 2中导热系数的平均值和上述的 2个假 设进 行高 温 下 HS C导 热 系 数 的拟 合 ， 拟 合 曲线 见 图 7 ， 拟合公 式 为 一 3 0 8 2 2 0 T 1 0 0。 C - 0 4 1 7 + 0 0 0 4 8 8 T4 一 1 0 0 。 C T 3 0 0 2 8 1 5 0 0 6 3 T+ 2 7 1 0 T。 + ( 1 2 ) 9 _6 6 3 l n( T) 一 3 0 0 。C 7 0 0 。C 表 2 不 同工况下混凝土导热 系数 的统计 参数 Ta b 2 St at i s t i c al Par a me t e r s f o r Co nc r e t e Th e r ma l Con du c t i v i t y Un de r Di f f e r e n t Ca s e s 不同温度 丁 ( ) 下的导热系数 w ( m l 试件 编号 1 O O 2 0 0 3 O O 4 O O 5 0 O 6 0 O 7 0 0 L- 2 0 0 2 7 4 8 I 40 0 2 9 8 3 1 6 3 6 1 3 7 8 L 8 O O 2 7 3 2 1 1 6 6 1 2 5 7 1 7 9 2 1 4 0 5 1 0 5 5 1 1 6 2 H 2 0 0 3 2 7 9 H一 4 0 0 3 6 2 3 1 1 7 4 1 3 6 7 H一 8 0 0 3 1 2 6 1 2 7 3 1 5 2 6 1 7 4 1 1 5 2 1 1 1 1 7 1 05 l 平均值 3 O 8 2 1 3 1 2 1 3 8 2 1 7 6 7 1 4 6 3 1 0 8 6 1 1 0 7 标准差 0 3 4 0 0 2 2 1 0 1 1 0 0 0 3 6 O O 8 2 0 0 4 4 0 0 7 8 变异系数 0 1 1 0 0 1 6 9 O O 8 O 0 0 2 O O O 5 6 0 0 4 0 0 0 7 1 图 7 导 热 系数 拟 合 曲线 与反 演 结 果对 比 Fi g 7 Co mp a r i s o n s Be t we e n Fi t t e d Cur v e a nd Ba c k - an a l y s i s Re s u l t s o f Th e r m a l Co ndu c t i v i t y 4 2算例 分析 根 据第 4 1节 中拟 合 的 HS C导 热 系 数 计算 公 式 ， 采用 AB AQUS有限元软件对文献 1 0 中的火 灾 中 HS C剪 力墙 的温 度场 进 行分 析 ： 共 有 4榀 1 5 0 mI T l 厚的剪力墙 ， 混凝土 圆柱体强度为 6 6 MP a ， 按 照 I S O 8 3 4 1 ： 1 9 9 1标 准升 温 曲线口 对 剪 力墙 进 行 单 面 加 热 ， 记 录受 火 面 、 中部 和背 火 面 的 温 度 。在 A B AQUS软 件 中定 义 的计 算 参 数 如 下 ： 混 凝 土 单 元为 三维 实体单 元 D C 3 D8 ； 受 火 面 和背 火 面 的对 流 换热 系数 分别 为 2 5 ， 4 W ( m ) E 3 ； 受 火 面综 合辐射率为 0 7 ； 斯蒂芬 波尔兹曼常量为 5 6 7 1 O W ( m。 K ) 一 ； 初始 温度 为 2 0。C。 HS C剪 力墙 温 度 场 的试 验 结 果 与 模 拟 结 果 的 对 比如表 3所示 。在试验过程中混凝土的温度存在 不 确定 性 ， 如 L 1 5 0 6 6 1 ， I L l 5 0 6 6 2两 榀 剪 力 墙 在 f 一3 0 mi n时的表面温度相差 7 2 C， 这 主要与燃气 输送 的不 稳 定 性 有 关口 。 。对 于混 凝 土 这样 的 复 合 材料来说 ， 材料组成 、 制备工艺以及试验设备等条件 都会对 其 导热 系数 产 生 影 响 ， 要 想 得 到 准确 的导 热 系数 是很 困难 的 。采用 本文 反演计 算 得到 的导 热 系 数计算 HS C 剪力墙温度场 的结果 与试验结果 吻合 4 3 2 1 O 一 一 p g一 亭一 霰 蹄 4 3 2 1 O 【 I _ 一 p 目一 参J ， 帐 蹄 4 3 2 1 0 【 l _ 一 p gv 亭一 帐幕蹄 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 肖建 庄 ， 等 ： 高温 下高 强混凝 土导 热 系数 反 演及 其 变异性 4 9 表 3 HS C剪力墙温 度场试 验结果与模拟结果的对 比 Ta b 3 Co m pa r i s o ns Be t we e n Te s t Re s u l t s a nd S i mu l a t e d R e s u l t s o f T e mp e r a t u r e F i e l d s o f 3 HS C S he a r W a i l s 不 同 HS C剪力墙位置 的温度 剪力墙编号 受火面 中部 背 面 3 0 mi n 6 0 mi n 3 0 m i n 6 0 mi n 3 0 mi n 6 0 mi n I I l 5 0 6 6 1 7 8 9 8 9 5 5 2 1 O1 1 4 3 3 I 1 5 0 6 6 1 7 8 9 8 9 5 5 9 l O 4 2 O 5 3 I I 1 5 0 6 6 2 7 1 7 8 7 2 4 3 9 8 1 6 3 5 I 1 5 O 一 6 6 2 7 5 6 8 9 7 5 0 1 O 2 2 4 4 8 计算值 7 1 4 8 7 7 6 2 l 2 6 2 7 6 1 4 5 较好 ， 因此式 ( 1 2 ) 可 以作 为高温下 HS C的导热 系 数计算公式 。 r 6 5 结语 ( 1 ) 根据 HS C内部 升温情况 ， 高温下 HS C的 升 温 过程 可分 为 3个 阶段 ： 初 始 阶段 温度 缓慢 升高 ； 第 2阶段 温度 快速 升高 ； 最后 阶段 升 温速 率减小 ， 混 凝 土 温度接 近 ， 但是 很 难达 到环境 温 度 。 ( 2 ) 高温 下 HS C 导 热 系数 的平 均 值 在 l 3 W ( m 。 C) 之间。随着温度 的升高 而降低 ， 5 0 0后基本保持稳定 。但是温度 2 0 04 0 0 时 ， 导 热系 数有 少量 的反 弹增 加 。 ( 3 ) 随着 HS C强度 的增 大 ， 高温下 HS C的导 热 系数 有增 大 的趋 势 。 ( 4 ) HS C导热 系 数 的 变 异 性 在 温 度 为 2 0。 C 2 0 0时 较大 ， 随着 温度 的升 高 ， 导 热 系数 的变异 性 有 降低 的趋 势 。 ( 5 ) 反演得到高 温下 HS C导热 系数 的拟合公 式( 1 2 ) ， 可 以用 于火灾作用下 HS C结构 的温度场 分 析 。 参 考 文献 ： Re f e r e nc e s： 1X I A O J Z ， KO NI G G S t u d y o n C o n c r e t e a t Hi g h T e mp e r a t u r e i n C h i n a An O v e r v i e wl, J F i r e S a f e t y J o u r n a l 。 2 0 0 4， 3 9 ( 1 ) ： 8 9 一 】 0 3 2 I I E T T， DE NHAM E M A F a c t o r s Af f e c t i n g t h e Fi r e Re s i s t a nc e of Ci r c u l a r Hol l o w St e e 1 Col umn s 7 8 9 1 O 1 1 F i l l e d w i t h B a r - r e i n f 0 r c e d C o n c r e t e l, R Ot t a wa ： N a t i ona l Res e a r c h Co unc i l Ca na d a。 1 99 3 EN 1 9 92 1 - 2： 2 00 4， Eur oc od e 2： De s i gn o f Co nc r e t e S t r u c t u r e s Pa r t 1 2 ： Ge n e r a 1 Ru l e s - S t r u c t u r a l F i r e D e s i g n S 陆洲导 钢筋混凝土梁对火灾的反应 研究I- D 上 海 ： 同济大学 ， 1 9 8 9 LU Zhou da o The Re s p on s e s of Re i nf or c e d Co nc r e t e B e a ms Un d e r F i r e l, D S h a n g h a i ： T o n g j i Un i v e r s i t y ， 19 89 K0DU R V K R 。 SULTAN M A Ef f e c t o f Te mpe r a t ur e on Th e r ma l Pr o pe r t i e s o f Hi gh - s t r e n gt h Con - c r e t e J J o u r n a l o f Ma t e r i a l s i n C i v i l E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 3， 1 5 ( 2 ) ： 2 5 3 2 5 9 任红梅 高性能混 凝土 剪力 墙火 灾 反应 理论分 析 与 抗火设计l- D 上海 ： 同济大学 ， 2 0 0 6 REN Hon g me i Fi r e Re s p o ns e a nd Fi r e Re s i s t a nc e D e s i g n o f HP C S h e a r Wa l l s D S h a n g h a i ： T o n g j i Uni v e r s i t y， 2 00 6 朱伯芳 大体 积混凝 土温度 应力 与温度控 制 M 北 京 ： 中国水利水 电出版社 ， 1 9 9 9 ZH U Bo f a ng Th e r ma l St r e s s e s a n d Te m p e r at u r e C o n t r o l o f Ma s s C o n c r e t e - M B e i j i n g ： C h i n a Wa t e r a n d Powe r Pr e s s， 1 99 9 宋志文 ， 肖建 庄 ， 赵 勇 基 于试 验测 定 的混凝 土热 工参数反 演计 算 口 同济 大 学 学报 ： 自然科 学 版 ， 2 01 0， 38( 1)： 3 5 3 8 S ONG Z h i we n， XI AO J i a n - z h u a n g ，ZHAO Yo n g Ba c k a n a l y s i s of Con c r e t e The r ma l Pa r a m e t e r s Ba s e d o n E x p e r i me n t a l Me a s u r e me n