高温下钢筋混凝土内部温度场数值模拟.pdf

2 0 1 5年 第 3期 (总 第 3 0 5期 ) Nu mb e r 3 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 0 5) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HEORETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 5 0 3 0 1 6 高温下钢筋混凝土内部温度场数值模拟 刘洋 ， 赵阳 。 韩阳 ( 河南工业大学 土木建筑学院，河南 郑州 4 5 0 0 0 1 ) 摘要 ： 针对高温下钢筋混凝土构件导热的非线性瞬态特点， 全面考虑其热工参数和质量热容参数的变化时序性 ， 把传热学理 论与计算机数值模拟技术相结合 ， 利用 A N S Y S热分析功能 ， 模拟高温( 火灾) 作用下 昆 凝土构件 内部温度场的变化， 应用瞬态温 度场仿真程序对四面受火矩形截面柱和 T形截面梁温度场进行了数值模拟 ， 模拟结果较试验结果偏大的原为模拟未考虑结构 构件实际火灾环境的散热。 算例模拟表明， 模拟结果与文献给出的试验结果 图形曲线走向一致 ， 验证了计算机数值模拟结果分 析的适用性与正确性 ， 为混凝土结构构件抗火分析提供了计算辅助手段与理论依据。 关键词： 钢筋混凝土 ； 数值分析 ； 高温模拟；构件温度场 中图分类号： T U 5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 0 5 9 0 4 Nu me r i c a l s i mu l a t i o n a b ou t i n t e rn a l t e m p e r a t ur e f i e l d o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e u n d e r h i g h t e mp e r a t u r e L U Ya ng，ZHAO Ya n g，HAN Ya n g ( S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e ri n g a n d Ar c h i t e c t u r e， He n an Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 1 ， Ch i n a ) Abs t r ac t： Th e r e i s c u r r e n t l y n o n l i ne a r t r an s i e n t c h ara c t e r i s tic s i n t h e r ma l c o n d u c tiv i t y o f r e i n f o r c e d c o n c r e c o mpo n e n t un d e r h i g h t e mp e r a t u r e Ac c o r d i n g t o c h a n g e s i n the timi n g o f ma n y the rm al an d q u a l i t y h e a t c a pa c i t y p ara me t e r s he n c e n u me ric a l s i mu l a t i on f o r i n t e r n a l t e mp e r a t u r e fie l ds v a r i e t y of r e i n f o r c e d c o n c r e t e u n d e r h i t e mpe r a t u r e i s p r e s e n t e d b y ANSYS t h e rm al a n a l y s i s T he me t h o d i s b a s e d o n t h e p rin c i p l e o f e n e r gy c o n s e r v mi o n By c o mb i n i n g the n ume ric a l h e a t t r a n s f e r the o r y a n d c o mp u t e r t e c h n o l o g y， a na l ys i s o f s q u are c o n c r e m p i l l ar a n d T s ha p e c r o s s s e c t i o n b e a m O B a c c e p tin g the fir e a l l aro un d wa s s i mul a t e d b y the t r an s i e n t t e mp e r a t u r e e mu l a t e d p r o c e d u r e， a n d the d i f f e r e n c e s b e t we e n s i mu l a tio n s an d me a s u r e me n t r e s u l t s we r e a d d r e s s e d The e xa mp l e d e mon s tra t e t h a t i t s r e s u l t s we r e fit t e d wi th the o n e s o f the o the r me tho d i n t h e s a me d i r e c t i o n Re f e r e n c e i s p r o vi d e i n d e s i g n a n d e v alu a t i on f o r s a f e t y a n d d u r a b i l i t y o f s t r u c t u r e u n d e r h i g h t e mp e r a tu r e K e y wo r d s： r e i n f o r c e d c o n c r e te； n u mb e r i a c l ana l y s i s ； h i g h t e mpe r a tur e s i mu l a t i o n ； c o mp o n e n t t e mp e r a t u r e fi e l d 0 引言 钢筋混凝土结构广泛应用于各种工程技术领域 ， 火灾 产生的高 温 对 钢筋 混 凝 土 结 构 的 强度 、 刚度 等 有 很 大 影响。 钢筋 混凝 土结 构 的抗火 性 能 的试 验 研究 是 非 常 复杂 、 昂贵 的 ， 因此 ， 高温下钢 筋混凝 土结构 反应 的数值 模拟具有重要 的意义。 随西方发达 国家逐步采用性 能化 的 防火设计方法 的发展 ， 计 算机 软件成 为重 要 的分析 和设 计工具， 进行高温下和高温后钢筋混凝土的力学性能数值 模拟。 而要想对钢筋混凝土构件进行抗火分析， 首先就 要对构件高温下 的温度场 进行计 算 和分析。 由于钢 筋混 凝土 的质量热容等 参数是 时 间的 函数 ， 其 导热 问题属 非 线性瞬态问 题 ， 这 类 问题 的求 解 更 加繁 复 ， 计 算机 模 拟 优点明显。 对于受火钢筋混凝土构件内部温度场的研究， 国内外建立了多种数学 模型和与之 相匹配 的温度场分 析 程序 ， 如 S A F I R ， A B A Q U S ， H T A R C ， T H E L MA ， T F I E L D 等 。 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 0 8 2 5 基 金项 目： 国家 自然科学基金 ( 5 0 6 7 8 0 6 0 ) 本研究结合 计算机 数值模 拟技术 A N S Y S与传 热学 理论 ， 应用瞬态 温度场 仿真 程序对 两种 工程 中常用 的混 凝土构件( 四面 受火矩 形截 面柱和 T形截 面梁 ) 的温 度 场进行 了数值分析 ， 模拟火灾作用下构件 内部温度场随时 间的发展状态 ， 此方法可为钢筋混凝 土高温受损后 的构件 的抗火性能分析 以及实 际工程设计 与损伤评估提供 理论 参考。 1 模拟计算模型及边界条件 1 1 模 拟计算模 型 高温作用下， 只有混凝土结构出现很宽的裂缝破坏 时 ， 热量会通过混凝 土裂缝侵入结构 内部 ， 造成 小范 围内 的局部温度变化 ， 即构件既有的温度分布不会因为结构高 温下的力学反应而改变 。 基 于此 ， 不 考虑火灾 中混凝土表 面破坏后裸露引起的局部温度突变， 计算模型假定钢筋混 凝土为各 向同性材 料 ， 模 拟计算不计温度重分 布 ， 不考虑 构件截面上钢筋面积的影响。 5 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m