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《河南工业大学》 2010年
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混凝土基本构件内部温度场的测定与分析

赵芳  
【摘要】: 混凝土结构是目前使用最为广泛的结构型式。混凝土材料本身具有明显的热惰性,但过火后结构仍会发生不同程度的损伤和破坏。准确分析混凝土构件内部的温度场是进行混凝土火灾损伤评估和混凝土结构高温性能分析的重要基础研究,也是进行结构抗火设计、耐火极限分析和火灾后剩余承载力计算的前提。 本文完成的主要研究内容有: (1)自行研制高温试验中使用的自动火灾模拟测试炉,按照内加热外试件一体化模型的构思,采用电阻发热升温,被加热的混凝土构件环绕加热装置,同时作为炉壁和隔热材料,节约了能源和场地。本文全部试验均是在模拟ISO834标准升温曲线的基础上进行的,试验结果表明,HZCS-01IPC自动火灾模拟测试炉性能稳定,使用方便。 (2)根据试验炉的尺寸,设计制作了两种混凝土基本构件,分别对单面受热混凝土墙板和三面受热的混凝土梁在高温作用下的截面温度分布进行了测试试验研究。利用在构件中预置K型热电偶测温,得出了单面和三面受热混凝土构件在高温作用过程中温度分布的一般规律。试验表明,混凝土具有明显的热惰性,受到高温作用后,构件内部温度梯度变化明显,形成动态的不均匀的温度场。升温初期,材料中水分的蒸发对温度场影响显著,部分位置测点的升温过程中出现“停滞期”,温度场同时受高温作用时间和经历的最高温度的影响,试验中还体现出升温速率对其也有一定的影响。本文还利用包裹体爆裂测温法对这两种构件经历的最高温度进行了测试研究。与热电偶测试温度对比分析表明,包裹体爆裂测温法具有使用方便、测温更准确的优点。本文设计的综合运用石英砂样品与热电偶进行温度测试的试验方法是可行的。 (3)依据试验获取的构件表面温度-时间边界条件,将传热学理论与计算机数值模拟技术相结合,运用有限元分析程序ANSYS对墙板和梁两种构件截面的温度场进行了瞬态热分析,将计算结果与试验结果进行对比,分析了两者之间存在差异的原因。但总体来看,各方法得出的混凝土构件截面内部温度的分布规律具有较好的一致性。
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