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钢管混凝土柱—钢梁节点抗火性能数值分析

杨颖

   钢管混凝土柱-钢梁连接的刚接节点形式有多种,其中加强环式刚接节点研究较多、应用较为广泛。但有关加强环式节点在火灾下的性能研究却很少,因此本论文对外加强环式钢管混凝土柱-钢梁节点在ISO834标准升温曲线作用下的抗火性能进行了数值模拟分析,为该节点抗火设计提供了依据。 火灾高温对钢材和混凝土的性能特别是力学性能具有显著的影响,掌握高温下钢材和混凝土的性能是进行结构抗火分析与设计的前提和基础,故本文首先在总结前人研究的基础上,选择了适合本文研究的材料特性。其次,利用ANSYS有限元软件建立了计算外加强环式节点温度场分布模型,得到该节点在标准升温曲线下的温度场,计算结果与相关文献试验结果吻合较好,并对可能影响节点温度场分布的因素进行了参数化分析,得到以下主要结论:1)在ISO834标准升温曲线的升温条件下,构件截面的温度场分布不均匀,呈非线性变化;2)防火保护层对节点温度场分布影响显著,保护层越厚,节点温度越低。填充混凝土对钢管升温速率有降低作用,但这种作用在1小时后逐渐消失。混凝土楼板对钢梁及加强环板升温有较大影响,但同样这种影响在升温后期不明显。 本文建立了求解节点常温下极限承载力的有限元模型,得到各种不同参数节点在常温下的极限承载力值,并分析了各参数对节点承载力的影响,为火灾下施加静力荷载比提供了依据。 建立了标准升温曲线下求解节点耐火极限的有限元模型,得出了不同参数节点在火灾下的极限耐火时间,并分析了各参数对节点耐火极限的影响,得出以下结论:1)一般不加防火保护的节点在静力荷载比h=0.6时的耐火时间为10~20min,所以为提高节点的抗火性能,多数情况下,梁-柱节点需要采取防火保护;2)荷载比对外加强环式节点耐火极限影响很大;荷载比一定时,防火保护层厚度对节点耐火极限影响显著;荷载比一定时,钢梁高度及宽度对节点耐火极限有一定影响,而其他参数如钢板屈服强度、厚度、混凝土强度、柱截面尺寸等对节点耐火极限影响很小。 最后,在总结全文分析结果的基础上对外加强化式节点抗火设计提出了一些指导性建议。……   
[关键词]:钢管混凝土柱-钢梁节点;外加强环;温度场;抗火性能
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:大连理工大学2010年