| 标题 | 有限元软件在钢筋混凝土梁热分析中的应用 |
| 范文 | 路立娜 摘 要：在遇到火灾荷载的条件下，钢筋混凝土梁内部的温度场分布，对火灾后的构件是否继续使用，具有非常重要的作用。大型有限元软件ANSYS，在有限元分析中得到了普遍的应用.本文首先从混凝土梁截面热分析入手，然后进行混凝土构梁整体热分析，从而比较两者在热分析中的误差，从而得出ANSYS在热分析中方法及思路。 关键词：热分析；钢筋混凝土梁；有限元软件 中图分类号：TU37 文献标识码：A 1 概述 组成钢筋混凝土梁的材料，在火灾荷载作用下，其热工性能和力学性能会发生明显的变化，变形也会明显增大，由于构件在受火荷载时，体积膨胀、截面温度不均匀分布，都会使截面产生自平衡的温度应力和构件弯曲变形。在火灾荷载条件下，混凝土梁内部温度场的分布，对构件能否继续使用，将产生重大的影响，而有限元软件的诞生，正好可以帮助研究者进行一系列的模拟分析，从而得出一系列有建设性的结论。 2 梁截面有限元模拟 2.1 单元选择 本次分析采用大型通用有限元软件ANSYS，按照传热学相关原理模拟高温下混凝土的热工性能以及试验的边界条件，从而分析和计算构件内部温度场的分布，由于混凝土梁长度远远大于宽度，所以可以采用二维平面热传导，来分析其截面的温度场分布。本次建模选用PLANE55，假定梁截面宽度为200mm，高度为400mm，单元为平面热单元，单元边长取为10mm。 2.2 热工参数 在本次ANSYS热分析中，只考虑质量密度、比热容、传导率与换热系数在温度荷载作用下的变化，如图1-图4所示。 2.3 结果分析 由图5混凝土梁截面不同时间点的温度场云图可以看出，随着温度的升高，由于热传导和辐射的综合原因，构件截面温度也在逐步的升高，从模拟途中可以看出，由于构件梁是三面受火，所以两个侧面和一个底面温度是最高的，然后顶面温度是最低的，大致呈U型分布。在构件梁底层受拉处两个端点，即靠近受力钢筋的地方温度也是比较高的，也是工程中需要重点保护的位置，而钢筋在500℃-600℃左右的时候，其力学性能将会发生巨大的变化，从而使构件梁承载力发生巨大的变化，从这一点可以看出，增加混凝土的保护层厚度是非常重要的。 3 梁实体有限元分析 3.1 单元选择 （1）混凝土单元采用Solid70 3-D热实体单元。该单元有8个节点且每个节点上只有一个温度自由度，具有三个方向的热传导能力；（2）钢筋单元采用Link33单元。该单元用于节点间的单轴热传导，在每个节点上只有一个温度自由度。（3）此次模拟分析钢筋和混凝土的组合方式选择离散式模型。 3.2 结果分析 混凝土梁在热分析过程中，热工参数的选取等同于2.2节。不同时间点的温度场云图得知：随着模拟时间的增长，构件内部温度逐渐升高，两个受拉区角部温度最高，同样呈现U型分布，而且混凝土梁内部任何一个截面的温度分布趋势与利用平面单元进行梁截面分析结果是一致的。 结语 混凝土梁在有限元热分析中，实体单元节点数庞大，导致计算冗繁，给计算带了困难，而采用一些与实际情况相一致的假设条件，可以利用平面单元进行简化，从而可以利用混凝土梁的某一个截面来模拟其整体在火灾荷载条件下，内部温度场的分布情况，从而给计算带来简便。 参考文献 [1]时旭东，过镇海.钢筋混凝土结构的温度场[J].工程力学，1996，13（01）：35-43. [2]刘庆.钢筋混凝土简支梁抗火性能的试验研究[J].北京建筑工程学院， 2011. 摘 要：在遇到火灾荷载的条件下，钢筋混凝土梁内部的温度场分布，对火灾后的构件是否继续使用，具有非常重要的作用。大型有限元软件ANSYS，在有限元分析中得到了普遍的应用.本文首先从混凝土梁截面热分析入手，然后进行混凝土构梁整体热分析，从而比较两者在热分析中的误差，从而得出ANSYS在热分析中方法及思路。 关键词：热分析；钢筋混凝土梁；有限元软件 中图分类号：TU37 文献标识码：A 1 概述 组成钢筋混凝土梁的材料，在火灾荷载作用下，其热工性能和力学性能会发生明显的变化，变形也会明显增大，由于构件在受火荷载时，体积膨胀、截面温度不均匀分布，都会使截面产生自平衡的温度应力和构件弯曲变形。在火灾荷载条件下，混凝土梁内部温度场的分布，对构件能否继续使用，将产生重大的影响，而有限元软件的诞生，正好可以帮助研究者进行一系列的模拟分析，从而得出一系列有建设性的结论。 2 梁截面有限元模拟 2.1 单元选择 本次分析采用大型通用有限元软件ANSYS，按照传热学相关原理模拟高温下混凝土的热工性能以及试验的边界条件，从而分析和计算构件内部温度场的分布，由于混凝土梁长度远远大于宽度，所以可以采用二维平面热传导，来分析其截面的温度场分布。本次建模选用PLANE55，假定梁截面宽度为200mm，高度为400mm，单元为平面热单元，单元边长取为10mm。 2.2 热工参数 在本次ANSYS热分析中，只考虑质量密度、比热容、传导率与换热系数在温度荷载作用下的变化，如图1-图4所示。 2.3 结果分析 由图5混凝土梁截面不同时间点的温度场云图可以看出，随着温度的升高，由于热传导和辐射的综合原因，构件截面温度也在逐步的升高，从模拟途中可以看出，由于构件梁是三面受火，所以两个侧面和一个底面温度是最高的，然后顶面温度是最低的，大致呈U型分布。在构件梁底层受拉处两个端点，即靠近受力钢筋的地方温度也是比较高的，也是工程中需要重点保护的位置，而钢筋在500℃-600℃左右的时候，其力学性能将会发生巨大的变化，从而使构件梁承载力发生巨大的变化，从这一点可以看出，增加混凝土的保护层厚度是非常重要的。 3 梁实体有限元分析 3.1 单元选择 （1）混凝土单元采用Solid70 3-D热实体单元。该单元有8个节点且每个节点上只有一个温度自由度，具有三个方向的热传导能力；（2）钢筋单元采用Link33单元。该单元用于节点间的单轴热传导，在每个节点上只有一个温度自由度。（3）此次模拟分析钢筋和混凝土的组合方式选择离散式模型。 3.2 结果分析 混凝土梁在热分析过程中，热工参数的选取等同于2.2节。不同时间点的温度场云图得知：随着模拟时间的增长，构件内部温度逐渐升高，两个受拉区角部温度最高，同样呈现U型分布，而且混凝土梁内部任何一个截面的温度分布趋势与利用平面单元进行梁截面分析结果是一致的。 结语 混凝土梁在有限元热分析中，实体单元节点数庞大，导致计算冗繁，给计算带了困难，而采用一些与实际情况相一致的假设条件，可以利用平面单元进行简化，从而可以利用混凝土梁的某一个截面来模拟其整体在火灾荷载条件下，内部温度场的分布情况，从而给计算带来简便。 参考文献 [1]时旭东，过镇海.钢筋混凝土结构的温度场[J].工程力学，1996，13（01）：35-43. [2]刘庆.钢筋混凝土简支梁抗火性能的试验研究[J].北京建筑工程学院， 2011. 摘 要：在遇到火灾荷载的条件下，钢筋混凝土梁内部的温度场分布，对火灾后的构件是否继续使用，具有非常重要的作用。大型有限元软件ANSYS，在有限元分析中得到了普遍的应用.本文首先从混凝土梁截面热分析入手，然后进行混凝土构梁整体热分析，从而比较两者在热分析中的误差，从而得出ANSYS在热分析中方法及思路。 关键词：热分析；钢筋混凝土梁；有限元软件 中图分类号：TU37 文献标识码：A 1 概述 组成钢筋混凝土梁的材料，在火灾荷载作用下，其热工性能和力学性能会发生明显的变化，变形也会明显增大，由于构件在受火荷载时，体积膨胀、截面温度不均匀分布，都会使截面产生自平衡的温度应力和构件弯曲变形。在火灾荷载条件下，混凝土梁内部温度场的分布，对构件能否继续使用，将产生重大的影响，而有限元软件的诞生，正好可以帮助研究者进行一系列的模拟分析，从而得出一系列有建设性的结论。 2 梁截面有限元模拟 2.1 单元选择 本次分析采用大型通用有限元软件ANSYS，按照传热学相关原理模拟高温下混凝土的热工性能以及试验的边界条件，从而分析和计算构件内部温度场的分布，由于混凝土梁长度远远大于宽度，所以可以采用二维平面热传导，来分析其截面的温度场分布。本次建模选用PLANE55，假定梁截面宽度为200mm，高度为400mm，单元为平面热单元，单元边长取为10mm。 2.2 热工参数 在本次ANSYS热分析中，只考虑质量密度、比热容、传导率与换热系数在温度荷载作用下的变化，如图1-图4所示。 2.3 结果分析 由图5混凝土梁截面不同时间点的温度场云图可以看出，随着温度的升高，由于热传导和辐射的综合原因，构件截面温度也在逐步的升高，从模拟途中可以看出，由于构件梁是三面受火，所以两个侧面和一个底面温度是最高的，然后顶面温度是最低的，大致呈U型分布。在构件梁底层受拉处两个端点，即靠近受力钢筋的地方温度也是比较高的，也是工程中需要重点保护的位置，而钢筋在500℃-600℃左右的时候，其力学性能将会发生巨大的变化，从而使构件梁承载力发生巨大的变化，从这一点可以看出，增加混凝土的保护层厚度是非常重要的。 3 梁实体有限元分析 3.1 单元选择 （1）混凝土单元采用Solid70 3-D热实体单元。该单元有8个节点且每个节点上只有一个温度自由度，具有三个方向的热传导能力；（2）钢筋单元采用Link33单元。该单元用于节点间的单轴热传导，在每个节点上只有一个温度自由度。（3）此次模拟分析钢筋和混凝土的组合方式选择离散式模型。 3.2 结果分析 混凝土梁在热分析过程中，热工参数的选取等同于2.2节。不同时间点的温度场云图得知：随着模拟时间的增长，构件内部温度逐渐升高，两个受拉区角部温度最高，同样呈现U型分布，而且混凝土梁内部任何一个截面的温度分布趋势与利用平面单元进行梁截面分析结果是一致的。 结语 混凝土梁在有限元热分析中，实体单元节点数庞大，导致计算冗繁，给计算带了困难，而采用一些与实际情况相一致的假设条件，可以利用平面单元进行简化，从而可以利用混凝土梁的某一个截面来模拟其整体在火灾荷载条件下，内部温度场的分布情况，从而给计算带来简便。 参考文献 [1]时旭东，过镇海.钢筋混凝土结构的温度场[J].工程力学，1996，13（01）：35-43. [2]刘庆.钢筋混凝土简支梁抗火性能的试验研究[J].北京建筑工程学院， 2011. |
| 随便看 |
|
科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。