火災(zāi)下接觸熱阻與濕氣對(duì)鋼管混凝土柱溫度場(chǎng)影響的研究.pdf

1、精確地分析火災(zāi)下鋼管混凝土柱的溫度場(chǎng)是進(jìn)一步深入研究其火災(zāi)下力學(xué)性能及其耐火極限的基礎(chǔ)。經(jīng)研究證明，鋼-混凝土界面處的接觸熱阻對(duì)鋼管混凝土柱截面的溫度場(chǎng)有重要影響。而這一點(diǎn)尚未引起足夠的重視。此外，在對(duì)鋼管混凝土柱截面溫度場(chǎng)進(jìn)行分析時(shí)，通常將混凝土視為均質(zhì)、各向熱物理特性相同的固體，而未考慮混凝土的孔隙率及火災(zāi)下混凝土中的水蒸氣等對(duì)鋼管混凝土柱溫度場(chǎng)的影響?；谏鲜鰞牲c(diǎn)，本文對(duì)影響火災(zāi)下鋼管混凝土柱截面溫度場(chǎng)的接觸熱阻及高溫下混凝土中濕

2、氣等因素進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究。首先，通過解熱傳導(dǎo)的逆向問題得到了鋼管混凝土柱中鋼-混凝土界面處接觸熱阻的解析解，并對(duì)本文所述的鋼管混凝土短柱的接觸熱阻進(jìn)行了預(yù)測(cè)和分析，而后利用已獲得的接觸熱阻結(jié)合混凝土的傳熱傳質(zhì)模型建立了外部均勻受火的圓形鋼管混凝土柱傳熱模型，對(duì)柱的溫度場(chǎng)進(jìn)行了預(yù)測(cè)和分析，并對(duì)影響混凝土傳熱傳質(zhì)模型計(jì)算結(jié)果和溫度場(chǎng)的相關(guān)熱物理參數(shù)進(jìn)行了討論，最后分析了接觸熱阻對(duì)鋼管混凝土柱溫度場(chǎng)的影響。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括：

3、 （1）對(duì)未采取防火保護(hù)措施的兩根填充素混凝土的鋼管混凝土短柱進(jìn)行了火災(zāi)試驗(yàn)研究，測(cè)得了鋼管混凝土短柱的鋼管表面和核心混凝土截面內(nèi)測(cè)點(diǎn)處的溫度，并對(duì)影響火災(zāi)下鋼管混凝土柱溫度場(chǎng)的因素進(jìn)行了分析。 （2）分別采用Fourier級(jí)數(shù)相關(guān)理論和Laplace變換法兩種解析方法對(duì)熱傳導(dǎo)的逆向問題進(jìn)行了解答，得到了接觸熱阻的解析解，并對(duì)試驗(yàn)所用的兩根鋼管混凝土短柱的接觸熱阻進(jìn)行了預(yù)測(cè)。 （3）建立了核心混凝土一維傳熱傳質(zhì)模型，結(jié)合

4、上述計(jì)算的接觸熱阻建立了外部均勻受火的鋼管混凝土柱傳熱模型，利用該模型對(duì)核心混凝土溫度場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算與分析，研究了接觸熱阻及相關(guān)熱物理參數(shù)對(duì)傳熱傳質(zhì)模型計(jì)算結(jié)果和溫度場(chǎng)的影響。 本文得到的主要研究結(jié)論如下： （1）采用分段多項(xiàng)式對(duì)已知點(diǎn)溫度進(jìn)行擬合時(shí)，所預(yù)測(cè)的接觸熱阻值在分段多項(xiàng)式的分段點(diǎn)處可能會(huì)有“微小跳躍”，因此，當(dāng)采用第三章中所述的Laplace方法對(duì)圓形鋼管混凝土柱的接觸熱阻進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，應(yīng)盡量避免用分段多項(xiàng)式對(duì)已知

5、點(diǎn)的溫度進(jìn)行擬合。 （2）在不考慮鋼管與核心混凝土界面處的接觸熱阻時(shí)，愈靠近核心混凝土表面，所計(jì)算的核心混凝土溫度誤差愈大。 （3）不考慮鋼管與核心混凝土界面處的接觸熱阻時(shí)所計(jì)算的核心混凝土截面溫度場(chǎng)高于考慮鋼管與核心混凝土界面處的接觸熱阻時(shí)的計(jì)算結(jié)果，因此利用不考慮接觸熱阻時(shí)所計(jì)算的溫度場(chǎng)進(jìn)行鋼管混凝土柱防火設(shè)計(jì)偏于保守，但這同時(shí)也使得防火設(shè)計(jì)不夠經(jīng)濟(jì)。 （4）與熱傳導(dǎo)模型相比，混凝土的傳熱傳質(zhì)模型能夠更好的描

6、述核心混凝土截面溫度場(chǎng)問題。 （5）熱物理參數(shù)Ag、Ay及Ah對(duì)傳熱傳質(zhì)模型的計(jì)算結(jié)果影響很小。 （6）混凝土孔隙中水的密度和混凝土孔隙率對(duì)鋼管混凝土柱截面的溫度場(chǎng)影響很小，計(jì)算過程中，可將水的密度取為常數(shù)1000kg/m3，溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果完全可以滿足精度要求。 （7）當(dāng)混凝土的溫度不是很高時(shí)，傳熱傳質(zhì)模型的計(jì)算結(jié)果（溫度）要高于熱傳導(dǎo)模型的計(jì)算結(jié)果，當(dāng)混凝土溫度高于170℃時(shí)，傳熱傳質(zhì)模型的計(jì)算結(jié)果低于熱傳導(dǎo)模