玻化微珠保温混凝土剪力墙在火灾下的温度场分析.pdf

2 0 1 5 年 第 1 2期 (总 第 3 1 4期) Nu mb e r 1 2 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 1 4) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THEORE TI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 1 2 0 0 6 玻化微珠保温混凝土剪力墙在火灾下的温度场分析 刘 明军 ，李珠 ，刘元珍 ， 江 卫涛 ( 太原理工大学 建筑与土木工程学院，山西 太原 0 3 0 0 2 4 ) 摘要 ： 玻化微珠保温混凝土剪力墙实现了的保温承重一体化， 是一种具有 自保温能力的剪力墙结构体系。 通过试验确定了玻 化微珠保温混凝土的导热系数随着温度的变化规律， 并且通过有限元软件 A B A Q US对玻化微珠保温混凝土剪力墙进行 了单面 和双面受火情况下的温度场模拟分析 ， 确定了在火灾条件下玻化微珠保温混凝土剪力墙的温度场规律 ， 从而对实际剪力墙构件 的耐火极限提供了理论分析依据。 关键词 ： 玻化微珠保温混凝土 ； 剪力墙 ； A B A Q U S有限元分析； 温度场 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 1 2 一 o o 2 卜0 3 An a l y s i s o f t e mp e r a t u r e f i e l d o f t h e r ma l i n s u l a t i o n g l a z e d h ol l o w b e a d c o n c r e t e s h e a r wa l l u n d e r f i r e LI UMi n g j u n， LI Z h u， L， L ， Yu a n z h e n， I ANG We i t a o ( Co l l e g e o f Ci v i l E n g i n e e r i n g ， T aly u a n Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， T aly u a n 0 3 0 0 2 4， C h i n a ) Abs t r ac t： The r ma l i n s u l a tio n g l a z e d h o l l o w be a d s he a r wa l l a c h i e v e d t he i n t e g r a t i o n o f the r ma l l oa d i n g， i s a s e l fs h e ar wa l l s t r u c t u r e wi th t h e r ma l i n s u l a tio n c a pa b i l i ti e s Th r o u g h t e s t i n g d e t e r mi n e d t he the r ma l c on d u c t i v i t y o f the rm a l i n s u l a t i o n g l a z e d h ol l o w b e a d c o n - c r e t e wi th v a ri a ti o n i n t e mp e r a t u r e ， a n d b y the fi n i t e e l e me n t s o f t ware A BAQUS f o r i n s u l a t i o n t h e r ma l i n s u l a ti o n g l a z e d h o l l o w b e a d c o n c r e t e s he ar wa l l i n c a s e o f fir e t e m p e r a t u r e -s i d e d a n d d o u bl e - s i de d b y fie l d s i m u l a t i o n a n a l y s i s t o de t e r mi ne the c o n d i tio ns un d e r fir e i n s u l a tio n g l a s s b e a d s c o n c r e t e s h e a r wall t e mp e r a t u r e fie l d l a w， a n d thu s the fi r e r e s i s t a n c e o f the a c t u a l s h e a r wa l l s p r o v i d e a t h e o r e ti c a l b a s i s fo r a n a l ys i s K e y wo r d s： the rm a l i n s u l a t i o n g l a z e d h o l l o w b e a d ； s h e a r wa l l ； AB AQ US fi n i t e e l e me n t a n a l y s i s ； t e mp e r a t u r e fi e l d O 引 言 随着我国城市化进程的加快和能源危机 的 日趋严重 ， 建筑节能已经引起了人类的高度重视。 由于我国土地资源 紧缺 ， 多、 高层建筑 已经成为 了建筑发展的必然趋势 。 钢筋 混凝土剪力墙作为多 、 高层建筑结构中重要的受力构件 ， 一 旦火灾发生 ， 剪力墙结构在很短 的时间内承受很高 的温度 ， 容易引起剪力墙的承载力丧失， 从而对人们 的生命安全和财 产安全产生重大威胁。 因此 ， 剪力墙在火灾下的温度场分析 对改善剪力墙 的耐火性能有着重要 的作用。 文献 1 对普通 昆 凝土剪力墙温度场进行 了有 限元分析。 玻化微珠保温混 凝土剪力墙由于具有良好的保温隔热l生 能和抗震性能 。 ， 是 适应建筑节能发展要求的新型结构 自保温体系， 具有广阔的 应用前景。 文献 5 对玻化微珠保温混凝土梁的温度场进行了 有限元模拟分析， 本研究通过有限： 元 软件 A B A Q U S软件对玻 化微珠保温混凝土剪力墙进行火灾条件下的有限元模拟分 析， 从而对保温混凝土剪力墙的抗火性能提供理论分析依据。 1 温度场计算模 型 1 1 温度场 的热传 导平衡 方程 混凝土的温度场在受火灾怕： 况下为非线性瞬态问题 ， 根据傅里叶定律 ， 钢筋混凝土剪力墙 的热传导微分方程如 式 ( 1 ) ： ( + + = O T 【 + J ( 1 ) 式 中： f 火灾持续时间 ， h ； 温度 ， o c； 材料密度 ， k N m ； c 材料比热容 ， k J ( k g K ) ； A 导热系数 ， w ( m K) 。 由于混凝土在 高温作 用下 ， 混凝 土早 已达到凝 固 ， 其 水化热很少 ， 混凝土本身不再进行 放热 ， 因此不考虑 昆 凝 土本身的发热 。 1 2温度场 的定解条件 ( 1 ) 初始条件 在火灾发生的时刻剪力墙 内部 的温 度和外部环境 的 温度保持一致 ， 初始时刻 的温度如计算式( 2 ) ： ( _) c ， Y ， z ， t ： 0 )=T o ( 2) 式中 ： X ， Y ， z 直角坐标 系空间坐标 ； 温度 ， ； f 时问， S 。 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 3 0 4 基金项目： 高等院校博士点基金项目( 2 0 1 0 1 4 0 2 1 2 0 0 0 7 ) ； 山西省高等学校科技创新项 目( 2 0 1 0 1 0 5 ) 21 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 应离子的数量) ： 当胶凝材料组成中( c a + Mg 一 2 S F e ) ( s i A 1 + 2 s F e ) 2 倍 S 的数量 ， 则多出的 F e “数量在常温常压的情况下不 应计算 ) ； ( 当( C a + Mg一2 SF e ) ( S i A 1 + 2 SF e ) 1 0 时 ， 应计算和控制 ( C a + Mg一 2 SF e ) ( S i N a K) X ( 硅酸盐水 泥 为 1 02 5 ， 碱激 发水 泥 为 1 01 5 ) 且 Na+KS i +( C a+Mg一2 SF e ) X 0 ； 上述 2 项指标值 当中， 第 1项 即 R A 1 指标为可溶 性 碱相对含量 ； 第 2项即 R A 1 指标为可溶性碱绝对含量 。 2项指标值小 于要求控制值 时 ， 指标值 越低 ， 表明产物 中 不含可溶性碱的可靠性越好 。 ( 2 ) 当胶凝材料的总碱含量：和其他化学成分差距较大 时 ， R A 1 指标弥补 了 R A 1 指标 不容易直 接 比较可溶 性 碱含量高低的缺陷 ； 而 R A 1 能在此基础上 进一步反 映产 物结构稳定性的优劣。 ( 3 ) 硅酸盐胶凝材料化学成分 当中的钙硅 比低 ， 有利 于减少胶凝产物 中的可溶性碱含量 ； 碱 的总含量与可溶性 碱含量不一定成正 比关系。 参 考文 献 ： 1 陈立军， 孔令炜， 黄德馨， 等 油页岩渣 一矿渣碱胶凝材料的研 究 J 建筑材料学报， 2 0 1 0 ， 1 3 ( 6 ) ： 8 4 1 8 4 6 2 陈立军 ， 王德君 ， 孔令炜 ， 等 碱激发胶凝材料 R A 1 控制方法的 研究I- J 武汉理工大学学报 ， 2 0 1 3 ， 3 5 ( 5 ) ： 2 3 2 8 3 陈立军 ， 窦立岩 概论硅酸盐胶凝材料的产物结构稳 定性 J 上接 第 2 3页 5 结 论 ( 1 ) 通过试验可知 ， 玻化微珠保温混凝土 的导热系数 随着温度的升高逐渐降低 ， 表明玻化微珠保温混凝土剪力 墙在火灾条件下具有更好 的防火性能 。 ( 2 ) 通过有 限元软件 A B A Q U S对普通混凝 土剪力墙 和玻化微珠保温混凝土剪力墙 进行 了单面 和双 面受火模 拟分析 ， 可知玻化微珠保温混凝： 七 剪力墙 的最低温度 比普 通混凝土剪力墙分别低 5 7 3 和 6 7 6 ， 表 明玻 化微珠保 温混凝土不利于热量的传导， 具有更好的隔热性能。 参 考文 献 ： 1 刘桂荣 ， 宋玉普 火灾下钢筋混凝土剪力墙 温度场分析 J 混 凝土 ， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 4 6 2 李珠 ， 张泽平， 刘元珍 建筑节能的重要性及一项新技术 J 工 程力学 ， 2 0 0 6 ， 2 3 ( s 2 ) ： 1 4 1 1 4 9 3 任国鹏 ， 杜薇， 张泽平 玻化微珠保温混凝土在高温后的热工 性能研究 J 混凝土 ， 2 0 1 3 ( 3 ) ： 5 5 9 4 冯文党 ， 刘元珍 ， 李珠 玻化微珠保温混凝土剪力墙低周往复 荷载试验承载力研究 J 混凝土， 2 0 1 4 ( 2 ) ： 4 2 5 3 5 张建锋 ， 刘元珍 ， 王文婧 火灾下玻化微珠保温混凝土梁温度 新型建筑材料 ， 2 0 1 3 ( 1 0 ) ： 2 2 2 4 4 陈立军 硅酸盐胶凝产物可溶性碱含量控制方法的研究r J 1 混 凝土 ， 2 0 1 5 ( 4 ) ： 5 3 5 6 E 5 T A Y L O R H F W， R O Y D M 水化物的结构与组成 c 第七 届国际水泥 化学会议论 文集 北京 ： 中国建 筑工业 出版社 ， 1 9 8 5， 3： 21 52 3 0 r 6 3 G A R D J A， MO H A N K， T A Y L O R H F W， e t a 1 “ A n a l y t i c a l E l e c t r o n M i c r o s c o p y o f c e me n t Pa s t e s P a r t I Tr i c a l c i u m S i l i c a t e Pa s t e r s ”， J Am Ce r a m S o c ， s u bmi t t e d， 1 98 0 7 D I A MO N O s I d e n t i fi c s t i o n o f H y d r a t e d C e me n t C o n s ti t u e n t s U s i n g a Sc a n n i n g El e c t r o n M i c r o s c o p e -En e r g y Di s p e r s i ve X R a y S p e c t r o me t e r C o m b i n a t i o n J C e m e n t C o n c r e t c R e s e a r c h ， 1 9 7 2 ( 2 ) ： 6 1 7 6 3 2 8 L A C H O WS K I E E， MO H A N K， T A Y L O R H F W ， e t a 1 “ A n a l y t i c a l El e c tro n mi c r o s c o p y o f Ce me n t P a s t e s pa r t I I Pa s t e s o f Po r t l a n d Ce me n t s a n d Cl i n ke r s”， J Am Ce r a m So c ， s u b mi t t e d， 1 9 8 0 9 袁润章 胶凝材料学 M 武汉： 武汉理工大学出版社， 1 9 9 6 ， 1 0 1 0 史才军 碱 一 激发水泥和混凝土 M 北京： 化学工业出版社 ， 2 0 0 8 ( 9 ) 1 1 代新祥 ， 文梓芸 土聚水泥的应用 及研究现状 J 水泥 ， 2 0 0 1 ( 1 0 ) ： 1 1 1 4 1 2 D A V I D O V I T S J P r o p e r t i e s o f g e o p o l y m e r s c e m e n t s C Pro c e e d i n g s F i r s t I n t e r na t i o n a l Co n f e r e n c e o n Al k a l i n e Ce me n t a n d Co n c r e t e KI EV Uk r a i n e， 1 9 9 4： 1 31 1 4 9 第一作者： 陈立军( 1 9 5 6 一) ， 男， 教授。 联系地址： 长春市新城大街 5 0 8 8 号 吉林建筑大学( 1 3 0 1 1 8 ) 联系电话： 1 3 0 1 9 1 2 8 8 6 9 场的分析 J 混凝土， 2 0 1 3 ( 6 ) ： 5 8 6 1 1- 6 杨志 火灾下钢筋混凝土构件温度场数值模拟研究 D 湖南 ： 中南大学， 2 0 0 8 1- 7 C o m m u n i ti e s C o mm i s s i o n o f T h e E u r o p e a n E u r o c o d e N o 2 ， D e s i n g o f C o n c r e t e S t r u c t u r e s S 1 1 9 9 0 8 建筑设计防火规范： G B 5 0 0 1 6 -2 0 0 6 S 3 北京： 中国计划出版 社 ， 2 0 0 6 9 混凝土结构设计规范 ： G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0 s 北京 ： 中国建筑工 业出版社， 2 0 1 0 1 0 张泽平 玻化微珠保 温混凝土及其结构的基本性能试验与理 论分析研究 D 山西 ： 太原理工大学， 2 0 0 9 1 1 王玉镯 ， 傅传 国 A B A Q U S结构工程分析及实例详解 M 北 京： 中国建筑工业出版社， 2 0 1 0 第一作者 联 系地 址 联系电话 通讯作者 联系电话 刘明军( 1 9 8 7一 ) ， 男 ， 硕士研究生 ， 从事混凝土结构方 向。 山西省太原市迎泽西大街 7 9号 太原理工大学建筑与 土木工程学院( 0 3 0 0 2 4 ) 1 83 3 47 0 2 3 3 4 李珠( 1 9 5 9一) ， 教授， 男， 博士生导师， 从事混凝土结 构及保温材料研究方向。 】 3 9 3 4 0 43 0 0 9 2 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m