火災下接觸熱阻與濕氣對鋼管混凝土柱溫度場影響的研究.pdf

1、精確地分析火災下鋼管混凝土柱的溫度場是進一步深入研究其火災下力學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鋼管混凝土柱截面的溫度場有重要影響。而這一點尚未引起足夠的重視。此外，在對鋼管混凝土柱截面溫度場進行分析時，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下混凝土中的水蒸氣等對鋼管混凝土柱溫度場的影響?；谏鲜鰞牲c，本文對影響火災下鋼管混凝土柱截面溫度場的接觸熱阻及高溫下混凝土中濕

2、氣等因素進行了比較系統(tǒng)的研究。首先，通過解熱傳導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，并對本文所述的鋼管混凝土短柱的接觸熱阻進行了預測和分析，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，對柱的溫度場進行了預測和分析，并對影響混凝土傳熱傳質(zhì)模型計算結(jié)果和溫度場的相關(guān)熱物理參數(shù)進行了討論，最后分析了接觸熱阻對鋼管混凝土柱溫度場的影響。本文的主要研究內(nèi)容包括：

3、 （1）對未采取防火保護措施的兩根填充素混凝土的鋼管混凝土短柱進行了火災試驗研究，測得了鋼管混凝土短柱的鋼管表面和核心混凝土截面內(nèi)測點處的溫度，并對影響火災下鋼管混凝土柱溫度場的因素進行了分析。 （2）分別采用Fourier級數(shù)相關(guān)理論和Laplace變換法兩種解析方法對熱傳導的逆向問題進行了解答，得到了接觸熱阻的解析解，并對試驗所用的兩根鋼管混凝土短柱的接觸熱阻進行了預測。 （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，利用該模型對核心混凝土溫度場進行了計算與分析，研究了接觸熱阻及相關(guān)熱物理參數(shù)對傳熱傳質(zhì)模型計算結(jié)果和溫度場的影響。 本文得到的主要研究結(jié)論如下： （1）采用分段多項式對已知點溫度進行擬合時，所預測的接觸熱阻值在分段多項式的分段點處可能會有“微小跳躍”，因此，當采用第三章中所述的Laplace方法對圓形鋼管混凝土柱的接觸熱阻進行預測時，應盡量避免用分段多項式對已知

5、點的溫度進行擬合。 （2）在不考慮鋼管與核心混凝土界面處的接觸熱阻時，愈靠近核心混凝土表面，所計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所計算的核心混凝土截面溫度場高于考慮鋼管與核心混凝土界面處的接觸熱阻時的計算結(jié)果，因此利用不考慮接觸熱阻時所計算的溫度場進行鋼管混凝土柱防火設計偏于保守，但這同時也使得防火設計不夠經(jīng)濟。 （4）與熱傳導模型相比，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問題。 （5）熱物理參數(shù)Ag、Ay及Ah對傳熱傳質(zhì)模型的計算結(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鋼管混凝土柱截面的溫度場影響很小，計算過程中，可將水的密度取為常數(shù)1000kg/m3，溫度場計算結(jié)果完全可以滿足精度要求。 （7）當混凝土的溫度不是很高時，傳熱傳質(zhì)模型的計算結(jié)果（溫度）要高于熱傳導模型的計算結(jié)果，當混凝土溫度高于170℃時，傳熱傳質(zhì)模型的計算結(jié)果低于熱傳導模