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《鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下溫度場研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下溫度場研究摘要：本文通過ANSYS對涂有不同厚度保護層的鋼柱的熱分析，顯示出了不同時刻構(gòu)件截面的溫度分布云圖及截面上特定位置上的節(jié)點隨時間的溫度變化曲線。并對不同厚度保護層鋼管的升溫曲線及截面溫度分布進行了對比。得出了防火涂料在鋼結(jié)構(gòu)抗火中發(fā)揮了重要作用這一結(jié)論。關(guān)鍵詞：防火涂料；鋼結(jié)構(gòu)；溫度；Abstract:ThethermalanalysisofthesteelcolumncoatedwithdifferentthicknessofpretectivelayersbyANSYSs
2、howsthetemperaturedistributionpictureofcomponentcross-sectionindifferenttimeandthenodetemperaturevariationcurvealongwithtimeinthespecificpositionofthecross-section.Andacomparisonbetweenvariousthicknessofprotectivelayersintemperaturerisingcurveandtemper
3、aturedistributionofthecross-section,obtainingthatthefire-resistantcoatingplaysanimportantroleinthefireresistanceofsteelstructure.Keywords:fire-resistantcoating;steelstructure;temperature5中圖法分類號：TU391文獻標識碼：A文章編號：9.11以來，人們對鋼結(jié)構(gòu)防火研究的興趣日益高漲，因為鋼材雖為非燃燒材料，可鋼材不
4、耐火，隨著鋼材溫度的升高，其強度和剛度都迅速降低，溫度為400℃時，鋼材的屈服強度將降至常溫下強度的一半；溫度達到600℃時，鋼材的屈服強度和彈性模量降至為常溫下的1/5，基本喪失了全部的強度和剛度。現(xiàn)在主要的鋼構(gòu)件防火措施是對鋼結(jié)構(gòu)的表面涂加保護層（防火涂料），這是因為防火涂料的導熱系數(shù)小而比熱大，能有效的吸收熱量并能降低鋼材的的升溫速度。1火災(zāi)的發(fā)生過程和影響因素火災(zāi)是一種包括流動、傳熱和化學反應(yīng)及其相互作用的復(fù)雜燃燒過程。建筑火災(zāi)一般要經(jīng)歷三個階段，初級增長階段、全盛階段及衰退階段。在初級增長
5、階段和全盛階段之間有一個標志著火災(zāi)發(fā)生質(zhì)的轉(zhuǎn)變現(xiàn)象—轟燃。轟然之后火災(zāi)進入全盛階段?；馂?zāi)的全盛階段的可燃物處于充分燃燒中，室內(nèi)溫度迅速升高，可達800~1000左右。這時候火災(zāi)對建筑物的破壞非常嚴重。2鋼柱在火災(zāi)條件下的升溫經(jīng)典的熱力學認為，熱量是通過三種方式進行傳遞的，即：熱傳導、熱對流和熱輻射。5這里我們考慮火災(zāi)在ISO834標準升溫曲線的作用下，空氣和房間內(nèi)的熱源分別以對流和輻射的傳遞方式傳遞給防火涂料表面，再通過熱傳導將熱量傳遞給鋼柱。3有限元軟件ANSYS模擬分析鋼管混凝土的溫度場分布有限
6、元法是根據(jù)變分原理求解數(shù)學物理問題的數(shù)值方法。ANSYS作為大型通用有限元軟件在工程中有著廣泛的應(yīng)用，它包括結(jié)構(gòu)分析、熱分析、電磁場分析、流體動力學分析等等。ANSYS軟件有限元分析的主要流程包括以下步驟：（1）按照工程問題，確定分析類型、單元類型、材料性質(zhì)、幾何條件、力學條件、邊界條件；（2）建立有限元實體模型，劃分網(wǎng)格、施加邊界條件與荷載條件；（3）根據(jù)工程實際問題，進行求解設(shè)置并求解（4）分析計算結(jié)果對于火災(zāi)下的溫度場分析，屬于ANSYS中的瞬態(tài)熱分析。我們選用SOLID70單元，鋼材和防火涂
7、料的熱工參數(shù)如導熱系數(shù)、比熱等在不同的溫度作用下一般來說是溫度的函數(shù)?；馂?zāi)中的空氣通過熱輻射和熱對流向鋼管混凝土傳遞熱量。經(jīng)過建模、劃分網(wǎng)格，加載后就可以求解鋼管混凝土構(gòu)件在高溫條件下的溫度場分布。下面我們通過一個例子來闡述。4、例子：5本例為一有限長實心鋼管，半徑為17.145cm,外面涂有防火保護層，受到ISO-834標準火的作用，在分別考慮不同保護層厚度的條件下，分析此鋼管的溫度場分布及其規(guī)律。（1）本例的計算分析類型為瞬態(tài)分析，火災(zāi)下的鋼構(gòu)件溫度場分析屬于第三類邊界條件?？諝馀c構(gòu)件間的傳熱分
8、為兩部分，熱輻射與熱對流。采用八結(jié)點六面體單元SOLID70。（2）用ANSYS建立分析模型如下：由于此例為圓柱體，所以我們只利用其對稱性，取其四分之一來進行分析。圖１用SOLID70網(wǎng)格劃分的四分之一鋼柱模型（3）設(shè)置并求解：鋼管的初始溫度為20，熱對流傳熱系數(shù)取25,打開自動時間步(AUTOTS)設(shè)置。用STEF命令設(shè)置Stefan—Boltzmann常數(shù)為5.67E-8，施加上標準火升溫曲線，設(shè)置對流和輻射邊界條件，最后求解。（4）結(jié)果分析：下圖從左到右給出了鋼
