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第 25 卷第 5 期 V 01． 25 No ． 5 水 利 水 电 科 技 进 展 Advances in Sci ence and T echnolo~of W ater R esources 2005 年 10 月 0 ct ．200 5 矩形钢管混凝土柱温度场及温度应力的有限元分析 孙粤琳 ， 张燎军 ， 冉懋鸽 (1． 河海大学水利水电工程学院， 江苏 南京210098； 2． 贵阳勘测设计研究院， 贵州 贵阳550002) 摘要 ： 基于大型通用有限元分析软件 ANSYS ， 针对某水电站厂房钢一 混凝土排架柱 ， 建立了矩形钢管 混凝土枉三维温度场有限元计算模型 ， 研究矩形柱在外界温升和温降两种情况下的温度及应 力变 化规律 ， 探讨钢管混凝土柱在 火灾下的温度场分布特征 ， 比较了两种不同边界条件对钢管混凝土柱 温度应力的影响． 分析结果表 明， 计算成果符合工程实际 ． 关键词 ： 矩形钢管混凝土； 温度场 ； 温度应力； 耐火性能； ANSYS 中图分类号： TV315； O241． 82 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1006— 7647( 2005】 05— 0033— 04 A nalysis of tem per atu re fi eld an d ther mal str ess in concr ete Id led rectangu lar st e el tu be col um n w ith F E ML／ ／ S UN Y ue· li n ． ZHANG Liao-jun ，RAN Mao-gez ( 1． College o f W ater Conserv ancy and Hydmpow er Engineering ，ltohai University ，Ⅳ 0耐 210098，China ；2 ． Gu@ang Inv e st~n an d Design In s ti tute ，Guiyang 550oO 2 ，Chin a ) A bstract ： Based on ANS Y s ，a well known FE M software ．a 3 ． D f i nite el ement cal culation model for temperature f i eld analysi s in concrete f i lled rectangular steel tube column was built to simulate a stee1． concrete bent column for the p owerhouse of a hydropower station ．W i th the present mode1．the r e gularities of temperature and str e ss variation in the rectang u l a r colu mn were analyzed u nd er the conditions of temperatur e r i se and temperature drop ．the char a cter i stics of temper a ture di str i bution jn th e concrete column in f i re wer e di scussed ．and the ef f ects of two dif f erent boundar i es on t h e t h ermal s~ ess in t h e concr e te col umn wer e comp ared ． Analysis shows that the t alculated results accord witll tlle r e alitv of the pr o ject ． K ey wor ds ：concrete f i lled rectangular steel tube ；temperature f i el d；thermal stress ；r e si stance to f i re ；A NSY S 钢管混凝土是由混凝土填入薄壁钢管而形成的 种组合材料【 l】 ， 其与纯混凝土柱和纯钢管柱相比， 轴压、 弯压和抗剪能力均大幅度提高 ， 而且具有 良好 的抗震性能和耐火性能 ， 经济效益高． 其应用 日益广 泛 ， 从最早的桥墩逐步涉及到单层和多层工业厂房、 高炉和锅炉构架 、 送变电构架及各种支架结构中[ ． 目前对钢管混凝土温度应力和耐火性能的研究相对 薄弱， 特别是对矩形钢管混凝土 的研究更少 ． 本文结 合某大型水电站厂房钢管混凝土结构， 对其排架柱 的几种典型温度荷载进行深入计算分析 ， 旨在研究 矩形钢管混凝土柱随外界温度发生变化时温度场和 温度应力的变化规律和受火特性 ． 以通用有限元程 序 ANSYS 作为分析工具， 大大提高了计算和分析效 率， 所得结果符合实际情况 ． 一1 ANSY S 热分 析基本方 程 ANSY S 热分析基本方程为 (署+ O T+ 磬+ )= g + ( O T)+ ( O T)+ ( O T)(1 ) 式中： | D为密度 ； c 为比热容； T 为温度 ； t 为时间； V 为整体传热速率矢量 ， V ：{ 体积的生热率； ， ， 分别为单元在 ， Y ， z 方向 的热传导率． 边界条件有 3 种 ， 假定作用范围为整个单元 ． 本 文涉及到如下第一种和第三种边界条件． a ． 在 面 S。 上温 度 已知 ： ， ， } ； q 为单位 T = T (2) 式中： 为已知的温度 ． b． 在面 S 上对流量 已知( 牛顿冷却法则 ) ： gTt，= hf( Ts — TB) (3) 式 中： 叼为单位外 法线 向量 ； hf 为膜散热 系数 ； TB 为相邻流体的整体温度 ； T 为模型表面的温度． 2有限元模 型的建立 2。 1工 程简介 某水 电站厂房排架柱的主构架柱采用钢一 混凝 作者简介： 孙粤琳( 1981- - ) ， 女， 河南潢川人， 博士研究生， 从事水工结构工程研究． 水利 水电科技进展， 2005， 25( 5)Tel： 025— 83786335 E-m ail ： @hhu ． edu． m http ： ／ ／ kkb． hhu． edu． cn 33。 维普资讯 http://www.cqvip.com