ABAQUS分析十字型钢管混凝土芯柱温度场.pdfVIP

第十届全图现代结构T程学术研讨会 ABAQUS分析十字型钢管混凝土芯柱温度场 傅毅徐亚丰 (沈阳建筑大学土木工程学院，辽宁沈阳110168) 摘要：利用有限元分析软件ABAQUS通过建模、选取本构关系、确定单元类型、界面处理、荷载步以及网格划分的设置， 对火灾情况下十字型钢管混凝土芯柱的温度场进行分析．获得了构件截面温度场的分布规律，证实了外围混凝土对内 部构件的保护作用从而为进一步深入认识十字型钢管混凝土芯柱的高温下力学性能创造了条件。 关键宇：温度场，火灾。有限元分析，钢管混凝土 -▲』．—J- 一、刖舌 钢管混凝土组合柱是把混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构。钢管混凝土和型钢混凝土是目 前实际工程中较常用的组合构件。钢管混凝土具有良好的力学性能，受到了工程界的重视和青睐，采用这种结 构的建筑不断涌现，取得了良好的经济效益和建筑效果…。本文所采用的十字形钢管混凝土柱具有良好的截 面形式，可在住宅建筑中做中柱使用，柱的肢厚通常与墙厚一致，避免了工程中出现的“胖柱肥梁”的现 象，增强了建筑内部的美观、增加了房间的有效使用面积，同时使建筑的布局更加灵活，具有很大的研究 意义和应用前景。目前，建筑火灾已成为建筑结构的主要灾害之一，高温下构件的力学性能大幅度削弱， 因此，对建筑特别是高层建筑运用的组合结构及其构件进行耐火性能研究具有非常重要的意义。ABAOUS是 目前常用的有限元分析软件，具有强大的前处理、求解和后处理功能，广泛应用于工程领域和科学研究中。 本文利用大型有限元分析软件ABAQUS对十字型钢管混凝土柱的温度场进行了模拟，为进一步深入认识十字 形钢管混凝土芯柱的高温下力学性能创造了条件。 二、模型介绍与分析 (一)建模 l所示。 再!召 ’ l 刁 l I[ o] 1 图1 十字形钢管混凝土组合芯柱截面图 工业建筑2010增刊 1303 第十届全困现代结构工程学术研讨会 (二)升温曲线 火灾对混凝土的高温作用主要体现在升温一时间曲线上，确定升温曲线和温度场是研究火灾下组合柱应 力应变的基础，1990年国际标准化组织(ISO)给出的标准温度一时间公式如下： T=345 (1) loglo【8t+1)+20 式中：T．一火灾温度或者实验炉内平均温度 t_火灾经历时间 ℃．1112．8℃． (三)材料的热工性能 运用ABAQUS对十字型钢管混凝土芯柱进行温度场模拟，首先要确定钢筋与混凝土的热工性能即导 热系数、比热和密度。 1． 混凝土热工性能 影响混凝土导热系数的因素主要有骨料类型、水分含量、混凝土配合比等等。水分含量在温度小于100 ℃时影响较明显，而当温度大与100℃后，影响随时间和温度的持续增加而越来越小。混凝土的比热主要 受温度、混凝土的骨料类型、配合比和水分的影响。随着温度升高，混凝土的比热缓慢增大，总的来说， 配合比和水分对比热的影响都不大。混凝土的容重由于自由水的蒸发，在100℃以后有所降低。计算时， 通常可以把混凝土的容重看作常数，取P。=2300kg／m3。 1)热传导系数允 根据文献【2】普通混凝土的热传导系数采用如下公式，其中T为温度(℃)： 五_o．。·《去)2乩24(去)+2 20℃≤T。≤1200℃ (2) 2)比热容Cc c=弋去)2+80(去)+900