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钢结构梁柱节点是钢结构建筑中的关键组成部分,在保持钢结构完整性和稳定性方面发挥至关重要的作用。梁柱全焊接节点是现有钢结构建筑中应用非常广泛的节点形式之一,研究全焊接节点的抗火性能是进行钢结构抗火设计、火灾安全评估的重要前提和基础,具有很重要的现实意义。
本文首先对前人所完成的钢结构全焊接节点试验的结果进行了有限元模拟对比分析,验证了有限元分析方法在梁柱全焊接节点抗火性能研究中的适用性;其次运用有限元分析软件ANSYS对梁柱全焊接节点试件进行模拟计算,分析不同升温条件下全焊接节点的火灾行为,揭示特定参数对全焊接节点的火灾响应特性,对比分析全焊连接和栓焊连接节点的抗火性能;然后建立具有防火涂层的有限元模型,研究不同受火方式和不同防火涂层厚度对全焊接节点抗火性能的影响;最后利用有限元分析方法探索性的研究了梁柱全焊节点在降温阶段的抗火性能变化,研究结果表明:
⑴有限元分析方法在梁柱全焊接节点抗火性能研究方面具有较强的适用性。通过有限元分析结果与全焊接节点试验结果的对比,得到有限元分析结果和试验结果有较强一致性的结论。
⑵不同升温曲线对全焊节点到达极限状态的时间有显著影响。在具有相同升温曲线的条件下,全焊接节点加载的荷载比越大,节点到达极限状态的时间越短。带有加劲肋的全焊节点耐火时间略长于无加劲肋的节点。在相同升温条件下,全焊节点的耐火时间比栓焊节点的长,抗火临界温度略高于栓焊节点。
⑶不同受火方式能够显著影响粱柱全焊接节点的耐火时间,节点受火方式比梁柱受火方式更容易缩短节点的耐火时间,从而使节点更容易达到危险状态。对于梁柱全焊接节点,不同厚度的防火涂层对节点的温度变化有着显著的影响,涂层越厚,节点的温度变化范围越小,节点的耐火时间越长。
⑷不同降温速率对相同约束荷载水平的梁柱全焊接节点的抗火性能有着重要影响。降温速率越慢,节点经历的温度越高,且经历的高温过程越长,导致节点变形越大;降温速率越快,节点经历的温度越低,且经历的高温过程越短,导致节点变形越小。梁杜全焊接节点在降温阶段的抗火性能与其所经历的升温速率直接相关,升温速率越快,节点在降温阶段的抗火性能的下降也越明显;升温速率越慢,节点在降温阶段的抗火性能的下降也越不明显。