[发明专利]注水空心钢管混凝土构件的防火性能评估方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑构件的防火性能评估方法及应用，尤其涉及一种注水 空心钢管混凝土构件的防火性能评估方法及应用。

背景技术

随着建筑工业的发展，钢管混凝土在建筑物中的应用越来越广泛。在实际 应用中，通常将钢管混凝土构件制作成空心钢管混凝土构件，在使用上，既节 约材料又可以减轻运输重量。为了在建筑物中充分利用空心钢管混凝土构件的 空心，在实际应用上，还采用将钢管混凝土构件的空心作为建筑物排水管使用 或者让排水管穿过钢管混凝土构件的空心，这样既方便排水管使用，节约建筑 物空间，又能加强建筑物的防火效果。现有技术，对于建筑物构件的防火性能 的评估多基于足尺实验，成本太高，不能大量采用，因此无法进行全面的评估， 同时，对于防火评估考虑的因素也不全面，比如对于注水空心钢管混凝土构件 根本就没有考虑注水的防火效果。这样的评估是不准确的，也不能在实际应用 中进行有效地利用。由此，正因为这种不准确的评估导致不能在防火措施上具 体量化。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术中，采用足尺实验方法带来的高 成本，同时，也没有进行全面评估导致评估不准确的技术问题。本发明还克服 现有技术中，对于注水空心钢管混凝土构件的防火措施不能达到具体量化的技 术问题。

本发明的技术方案是：提供一种注水空心钢管混凝土构件的防火性能评估 方法，包括如下步骤：

建立注水空心钢管混凝土构件的有限元模型：将注水空心钢管混凝土构件 分别建立温度场和力学场的有限元模型，所述温度场根据传热学和有限元理论 建立温度场有限元模型，所述力学场根据固体力学理论和有限元理论建立力学 场有限元模型；

采用软件对所述有限元模型进行计算：采用软件先对温度场有限元模型进 行计算，再将获得的有限元温度场带入到力学场有限元模型进行计算得出力学 场；

根据计算结果获得耐火时间：根据获得的力学场得出柱顶位移随时间的变 化关系，再根据ISO-834的判断标准就能得到构件的耐火时间；

根据耐火时间设计防火措施：根据计算的耐火时间和建筑构件的耐火时间 要求进行比较，设计防火措施。

本发明的进一步技术方案是：在建立注水空心钢管混凝土构件的有限元模 型步骤中，所述温度场有限元模型的构建包括：

构建实体模型：根据实体结构建立的实体结构模型及根据材料的热工参数 建立的材料模型，所述实体结构模型是根据实体结构的形状和尺寸建立；

构建材料模型：所述材料模型是以构建所述实体结构模型的材料根据材料 的热工参数建立；

设置边界条件：设置注水空心钢管混凝土构件接触面的边界条件：将钢管， 混凝土和水按其在空间中的位置进行装配，设置钢管和混凝土之间的接触，设 置混凝土与水之间的接触，设置钢管和外表面之间的接触，并设置各自的边界 条件。

本发明的进一步技术方案是：在设置注水空心钢管混凝土构件接触面的边 界条件步骤中，钢管和混凝土之间接触以及混凝土与水之间接触按连续边界条 件设置。

本发明的进一步技术方案是：所述力学场有限元模型的构建包括：

构建实体模型：根据实体结构建立的实体结构模型所述实体结构模型是根 据实体结构的形状和尺寸建立；

设置钢材和混凝土的本构模型：设置钢材和混凝土在高温下的本构模型；

设置所述实体结构模型位移和力的边界条件；

定义钢管和混凝土直接的力学接触。

本发明的进一步技术方案是：在设置钢材和混凝土的本构模型步骤中，所 述钢材的本构模型采用双折线模型，所述混凝土的本构模型采用损伤塑性模型。

本发明的进一步技术方案是：在根据耐火时间设计防火措施步骤中，如果 建筑构件计算得出的耐火时间比要求的耐火时间长，则建筑构件不需要进行额 外的防火保护；如果计算耐火时间比要求耐火时间短，则建筑构件需要进行额 外的防火保护。

本发明的进一步技术方案是：在根据耐火时间设计防火措施步骤中，若建 筑构件需要进行额外的防火保护，采用在钢管外表面涂上防火涂料的办法进行 防火保护。

本发明的技术方案是：该方法在民用建筑或工业建筑上的应用。