钢管混凝土柱表面热辐射特性及火灾热响应行为研究
发布时间：2021-12-18 14:55
钢管混凝土结构是一种介于钢结构和钢筋混凝土结构之间的一种新型结构形式,随着钢管混凝土构件在桥梁、高层及超高层建筑等工程中的应用日益广泛,火灾带来的风险急剧增加,因此对钢管混凝土柱在火灾下的热响应行为进行研究具有重要意义。热辐射传热除了在钢管外表面与火焰之间进行热传递时占主导地位外,在钢管混凝土柱交界面传热时也有不可忽视的影响,因为钢管混凝土柱接触面不完全接触会产生接触热阻,进而影响其热响应行为。近年来有多位学者对钢管混凝土柱界面接触热阻进行了数学建模分析,结果表明材料表面热辐射率是影响接触热阻其中一个重要因素,但是少有学者从热辐射率的角度对钢管混凝土柱在火灾下的热响应行为进行研究,因此进行火灾下钢管混凝土柱的热辐射特性研究很有必要。本文针对钢管混凝土柱在火灾高温环境下的热辐射特性进行研究,主要包括钢管混凝土柱表面热辐射率的测试以及其在火灾下热响应行为分析,具体研究内容和取得的主要结论如下:（1）基于传热学相关理论知识,对火灾高温环境下钢管混凝土柱热响应行为的影响因素进行理论分析,结果表明获得钢管、混凝土材料表面热辐射率这一参数的温度相关性显得尤为重要。（2）利用红外热像仪对火灾高温环境...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
央视大楼火灾Fig.1-1ThefireofCCTVbuilding
西南科技大学硕士学位论文2延至28层，火灾造成58人死亡；2011年2月3日，沈阳市的一栋37层的星级酒店B座楼11层发生火灾，火灾在7小时后才被上千名消防官兵有效控制，这次火灾直接经济损失达9384万元；2013年1月6日，上海市某农产品中心批发市场发生大火，这场大火造成了18人死伤；同年6月3日，吉林爆发“6.3”重大火灾事故，该次事故共造成200多人死伤，直接经济损失达1.8亿；2015年7月11日，湖北武汉紫荆家园住宅楼发生火灾，火灾造成7人死亡，12人受伤；2017年6月14日凌晨，伦敦一栋高层公寓楼发生特大火灾，火灾的救援行动一共动用了几十辆消防车、两百多位消防员，经济损失巨大。因此高层及超高层建筑耐火性能值得人们关注，有必要对钢管混凝土构件在火灾下的热响应行为进行研究。如图1-1、1-2分别是央视大楼火灾与英国伦敦高层公寓火灾的图片。图1-1央视大楼火灾Fig.1-1ThefireofCCTVbuilding图1-2英国伦敦火灾Fig.1-2ThefireinLondon,UK在火灾环境下，钢管混凝土构件主要存在两部分交界面传热，即钢管外壁与火灾环境的传热以及钢管混凝土构件接触面的传热。钢管外壁与火焰之间的传热是一种在
第1章绪论3高温状态下进行的能量传递，在很大程度上以热辐射为主[5]。图1-3钢管外壁与火焰的传热形式Fig.1-3Heattransferformofsteelpipeouterwallandfireenvironment钢管混凝土结构的这种特殊的组合形式，一方面综合了两种材料的优势，使其扬长避短相互弥补，另一方面它也存在新的问题：即在构件的交界面也会衍生出界面性能的复杂性。在火灾高温环境下，钢管与混凝土交界面会因接触不紧密存在接触间隙而产生接触热阻，而接触热阻的大小是由多种因素引起的，如两种材料的变形不协调，两种材料交界处的粘结力降低，以及两种材料交界面处充斥着核心混凝土中的蒸发出来的水汽等。计算时不能忽略接触热阻的存在，原因在于接触热阻的存在减少了钢管传向核心混凝土的热流，使得钢管的升温速度加快而混凝土的升温速度放慢。因此如果计算中不考虑接触热阻，将导致计算结果与实际不符，从而导致计算得到的钢管温度偏低，而计算得到的核心混凝土温度偏高，因此计算时考虑钢管与核心混凝土界面接触热阻是十分有必要的。在火灾作用下，钢管混凝土构件交界面的界面接触热阻是随温度而变化，从微观上看，它并不是完全接触的，因此界面接触热阻主要体现的表现形式为导热热阻和辐射热阻[6]-[8]。其中导热热阻值的影响因素包括钢管与混凝土之间的间隙宽度以及空气导热系数，这两者是随温度变化的变量；辐射热阻值与钢管以及混凝土界面的热辐射率有关，同样两者的热辐射率也是随温度变化的变量。可见，要想准确建立接触热阻的非线性模型，就必须准确地得到这几个变量与温度的关系，近年来国内外学者对此进行了较为深入的研究，但对于接触热阻非线性模型的建立过程中的材料表面热辐射率这一变量的研究却很少，且大多数实验和数值模拟都是直接取一个经验值，
【参考文献】：
期刊论文
[1]材料表面发射率测量技术研究进展[J]. 刘波,郑伟,李海洋. 红外技术. 2018(08)
[2]利用红外测温技术检测建筑围护结构的传热系数[J]. 庄金迅,高超,张九红. 新型建筑材料. 2017(09)
[3]红外测温精度的影响因素及补偿方法的研究[J]. 廖盼盼,张佳民. 红外技术. 2017(02)
[4]建筑外墙传热系数红外热像仪测定分析[J]. 褚廷明,白莉,常文涛. 吉林建筑大学学报. 2016(04)
[5]钢混凝土界面接触热阻试验研究[J]. 张宏涛,徐冰,白玉星,双妙. 土木建筑与环境工程. 2015(02)
[6]钢管混凝土组合平面框架结构热—结构耦合分析[J]. 刘潇,尹燕. 山西建筑. 2014(15)
[7]掺杂成分对钢表面光谱发射率的影响[J]. 刘中山,于坤,王文宝. 河南师范大学学报(自然科学版). 2012(01)
[8]圆形钢管混凝土柱中钢-混凝土界面接触热阻的理论分析[J]. 张江彬,徐赵东,韩金生,李杰. 建筑结构. 2011(01)
[9]接触热阻及热湿耦合作用对火灾下钢管混凝土柱温度场影响的研究[J]. 张江彬,徐赵东,韩金生,孙晟. 工程力学. 2010(09)
[10]钢管混凝土柱抗火性能研究[J]. 韩金生,董毓利,徐赵东. 建筑结构学报. 2009(S2)
硕士论文
[1]火灾作用下钢管混凝土柱接触热阻非线性模型研究[D]. 邵麟捷.西南科技大学 2017
[2]近环境温度下材料发射率测量方法的研究[D]. 顾喆涵.中国计量学院 2015
[3]高温下钢管混凝土接触热阻研究[D]. 双妙.北方工业大学 2014
本文编号：3542628
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
央视大楼火灾Fig.1-1ThefireofCCTVbuilding
西南科技大学硕士学位论文2延至28层，火灾造成58人死亡；2011年2月3日，沈阳市的一栋37层的星级酒店B座楼11层发生火灾，火灾在7小时后才被上千名消防官兵有效控制，这次火灾直接经济损失达9384万元；2013年1月6日，上海市某农产品中心批发市场发生大火，这场大火造成了18人死伤；同年6月3日，吉林爆发“6.3”重大火灾事故，该次事故共造成200多人死伤，直接经济损失达1.8亿；2015年7月11日，湖北武汉紫荆家园住宅楼发生火灾，火灾造成7人死亡，12人受伤；2017年6月14日凌晨，伦敦一栋高层公寓楼发生特大火灾，火灾的救援行动一共动用了几十辆消防车、两百多位消防员，经济损失巨大。因此高层及超高层建筑耐火性能值得人们关注，有必要对钢管混凝土构件在火灾下的热响应行为进行研究。如图1-1、1-2分别是央视大楼火灾与英国伦敦高层公寓火灾的图片。图1-1央视大楼火灾Fig.1-1ThefireofCCTVbuilding图1-2英国伦敦火灾Fig.1-2ThefireinLondon,UK在火灾环境下，钢管混凝土构件主要存在两部分交界面传热，即钢管外壁与火灾环境的传热以及钢管混凝土构件接触面的传热。钢管外壁与火焰之间的传热是一种在
第1章绪论3高温状态下进行的能量传递，在很大程度上以热辐射为主[5]。图1-3钢管外壁与火焰的传热形式Fig.1-3Heattransferformofsteelpipeouterwallandfireenvironment钢管混凝土结构的这种特殊的组合形式，一方面综合了两种材料的优势，使其扬长避短相互弥补，另一方面它也存在新的问题：即在构件的交界面也会衍生出界面性能的复杂性。在火灾高温环境下，钢管与混凝土交界面会因接触不紧密存在接触间隙而产生接触热阻，而接触热阻的大小是由多种因素引起的，如两种材料的变形不协调，两种材料交界处的粘结力降低，以及两种材料交界面处充斥着核心混凝土中的蒸发出来的水汽等。计算时不能忽略接触热阻的存在，原因在于接触热阻的存在减少了钢管传向核心混凝土的热流，使得钢管的升温速度加快而混凝土的升温速度放慢。因此如果计算中不考虑接触热阻，将导致计算结果与实际不符，从而导致计算得到的钢管温度偏低，而计算得到的核心混凝土温度偏高，因此计算时考虑钢管与核心混凝土界面接触热阻是十分有必要的。在火灾作用下，钢管混凝土构件交界面的界面接触热阻是随温度而变化，从微观上看，它并不是完全接触的，因此界面接触热阻主要体现的表现形式为导热热阻和辐射热阻[6]-[8]。其中导热热阻值的影响因素包括钢管与混凝土之间的间隙宽度以及空气导热系数，这两者是随温度变化的变量；辐射热阻值与钢管以及混凝土界面的热辐射率有关，同样两者的热辐射率也是随温度变化的变量。可见，要想准确建立接触热阻的非线性模型，就必须准确地得到这几个变量与温度的关系，近年来国内外学者对此进行了较为深入的研究，但对于接触热阻非线性模型的建立过程中的材料表面热辐射率这一变量的研究却很少，且大多数实验和数值模拟都是直接取一个经验值，
【参考文献】：
期刊论文
[1]材料表面发射率测量技术研究进展[J]. 刘波,郑伟,李海洋. 红外技术. 2018(08)
[2]利用红外测温技术检测建筑围护结构的传热系数[J]. 庄金迅,高超,张九红. 新型建筑材料. 2017(09)
[3]红外测温精度的影响因素及补偿方法的研究[J]. 廖盼盼,张佳民. 红外技术. 2017(02)
[4]建筑外墙传热系数红外热像仪测定分析[J]. 褚廷明,白莉,常文涛. 吉林建筑大学学报. 2016(04)
[5]钢混凝土界面接触热阻试验研究[J]. 张宏涛,徐冰,白玉星,双妙. 土木建筑与环境工程. 2015(02)
[6]钢管混凝土组合平面框架结构热—结构耦合分析[J]. 刘潇,尹燕. 山西建筑. 2014(15)
[7]掺杂成分对钢表面光谱发射率的影响[J]. 刘中山,于坤,王文宝. 河南师范大学学报(自然科学版). 2012(01)
[8]圆形钢管混凝土柱中钢-混凝土界面接触热阻的理论分析[J]. 张江彬,徐赵东,韩金生,李杰. 建筑结构. 2011(01)
[9]接触热阻及热湿耦合作用对火灾下钢管混凝土柱温度场影响的研究[J]. 张江彬,徐赵东,韩金生,孙晟. 工程力学. 2010(09)
[10]钢管混凝土柱抗火性能研究[J]. 韩金生,董毓利,徐赵东. 建筑结构学报. 2009(S2)
硕士论文
[1]火灾作用下钢管混凝土柱接触热阻非线性模型研究[D]. 邵麟捷.西南科技大学 2017
[2]近环境温度下材料发射率测量方法的研究[D]. 顾喆涵.中国计量学院 2015
[3]高温下钢管混凝土接触热阻研究[D]. 双妙.北方工业大学 2014
本文编号：3542628
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