基于ABAQUS的火災(zāi)作用下組合梁的溫度場(chǎng)分析

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1、基于ABAQUS的火災(zāi)作用下組合梁的溫度場(chǎng)分析郝聰龍(武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院,湖北武漢430070)摘要:以有限元程序ABAQUS為平臺(tái),提出用于模擬鋼-q=α·(T-T)(2)ccgb混凝土組合梁在火災(zāi)作用下的溫度場(chǎng)數(shù)值分析模型。該模式中αc-對(duì)流傳熱系數(shù),αc=25W/(m·°C);型分析了組合梁截面不同位置點(diǎn)的升溫曲線,得到了該組合qc-單位時(shí)間向構(gòu)件單位表面積上傳遞的熱量,2梁中鋼梁及混凝土的升溫特性和規(guī)律。通過對(duì)比模型結(jié)果W/m;T-空氣的溫度°,C;與簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果,表明用ABAQUS模擬鋼-混凝土組合梁的gT-構(gòu)件表面的溫度°,

2、C。溫度場(chǎng)的適用性及通用性。b2)熱輻射表達(dá)式。關(guān)鍵詞:ABAQUS;組合梁;火災(zāi);有限元;溫度場(chǎng)分析=?·ε4-T4q·σ·[(T+273)(+273)](3)中圖分類號(hào):TU375．1文獻(xiàn)標(biāo)志碼:Brrgb式中ε-綜合輻射系數(shù),一般取0．5;文章編號(hào):1672-4011(2017)03-0222-03r?-形狀系數(shù),取1．0;DOI:10．3969/j．issn．1672-4011．2017．03．107-82σ-Stefan-Boltzmann常數(shù),取5．67×10[W/(m40前言·K)]。組合梁由混凝土板和型鋼梁組成。混凝土和鋼材的受2材

3、料熱工參數(shù)分析力性能與溫度有著很密切的關(guān)系,一般情況下,材料的強(qiáng)度2．1混凝土的熱工參數(shù)隨溫度的升高而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。因此,要了解高溫過程中鋼混凝土的熱工性能參數(shù)包括熱傳導(dǎo)系數(shù)、比熱、密度,這-混凝土組合梁的強(qiáng)度和變形規(guī)律,首先須分析鋼-混凝土些參數(shù)主要用于分析火災(zāi)下混凝土構(gòu)件內(nèi)部的溫度場(chǎng)組合梁的溫度場(chǎng)。本文通過熱學(xué)的基本原理,并結(jié)合實(shí)際情[2]分布。況,采用有限元程序ABAQUS進(jìn)行溫度場(chǎng)的計(jì)算與模擬。在1)熱傳導(dǎo)系數(shù)λ。影響混凝土的熱傳導(dǎo)系數(shù)的主要因簡(jiǎn)化計(jì)算方法中,依據(jù)真實(shí)的火災(zāi)情況,通過高溫下混凝土c素有骨料類型、配合比、含水率等。熱工性能、邊

4、界條件、截面形狀系數(shù),計(jì)算出型鋼及混凝土板[3]本文采用歐洲規(guī)范EC4給出的高溫下混凝土的熱傳的截面溫度分布,并且為后面組合梁的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析提供可導(dǎo)系數(shù)表達(dá)式:靠的溫度場(chǎng)。T2Tλ=0．012()-0．24()+2(4)c1201201熱學(xué)模型分析的基本原理式中,220°C≤T≤1200°Cc1．1熱傳導(dǎo)基本方程2)比熱c。溫度大小、混凝土的骨料類型、配合比以及c熱量傳遞有三種基本方式是導(dǎo)熱、對(duì)流和熱輻射?；馂?zāi)水分對(duì)混凝土的比熱有較大影響的影響。隨著溫度T的升作用下,熱空氣與鋼結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)表面之間通過熱輻高,混凝土的比熱c有逐漸增大的趨勢(shì)?；炷?/p>

5、土比熱c單cc射、熱對(duì)流交換和傳遞熱量,而作為結(jié)構(gòu)的構(gòu)件內(nèi)部則通過位為J/(kg·°C)或J/(kg·K)。[1]熱傳導(dǎo)方式交換傳遞熱量。本文采用歐洲規(guī)范EC4給出的混凝土比熱表達(dá)式:在直角坐標(biāo)系中,根據(jù)能量守恒原理以及傅里葉導(dǎo)熱定T2Tc=-4()+80()+900(5)c120120律得出:?T=??T+??T+??T式中,20°C≤Tc≤1200°Cρc?t?x(λ?x)?y(λ?y)?z(λ?z)(1)3)密度ρ?；炷恋拿芏扔捎隗w內(nèi)自由水的蒸發(fā),在c3式中ρ-介質(zhì)的密度,kg/m;100°后有所下降,但通常可忽略,故本文取混凝土密度為常c

6、-介質(zhì)的比熱容,J/(kg·°C);數(shù),即ρ=2400kg。cT-坐標(biāo)(x,y,z)點(diǎn)在時(shí)刻t時(shí)的溫度°,C;2．2鋼材的熱工參數(shù)λ-介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·°C)。鋼材的熱工性能參數(shù)包括熱傳導(dǎo)系數(shù)、比熱、密度,這些1．2升溫邊界條件參數(shù)主要用于分析火災(zāi)下鋼梁截面的溫度場(chǎng)分布。本文研究的組合梁升溫邊界條件為第三類邊界條件,即1)導(dǎo)熱系數(shù)λs。熱傳導(dǎo)系數(shù)是指在單位溫度梯度條件給定熱對(duì)流、熱輻射來進(jìn)行熱量交換,二者分別遵循牛頓冷下,單位面積上在單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量,其單位為W/卻方程以及斯蒂芬-波爾茲曼方程,其表達(dá)式分別如下:(m·K)或W/(m·

7、°C)。鋼材的熱傳導(dǎo)系數(shù)很大,導(dǎo)熱性能1)熱對(duì)流表達(dá)式。良好,本文中鋼梁的厚度為10、8mm,可近似認(rèn)為該厚度方向上的溫度梯度接近于零,可按截面溫度均勻分布考慮。本文采用歐洲規(guī)范EC3及EC4給出的表達(dá)式:收稿日期:2017-01-10=54-3．33×10-2λT20°C≤T≤800°C作者簡(jiǎn)介:郝聰龍(1992-),男,河北邯鄲人,在讀碩士研究生,主要sSs研究方向:組合結(jié)構(gòu)抗火。λ=27．3800°C≤T≤1200°C(6)ss·222·2)比熱容Cs。比熱容是指單位質(zhì)量的物體升高或降低4溫度場(chǎng)的簡(jiǎn)化計(jì)算及驗(yàn)證1°時(shí)所吸收或釋放的熱量,其單位

8、為J/(kg·°C)或J/(kg·4．1對(duì)于無保護(hù)層的鋼構(gòu)件K)。本文參考?xì)W洲規(guī)范及其他文獻(xiàn)中比熱的表達(dá)式,在實(shí)根據(jù)熱平衡