钢框架梁柱节点抗火性能的非线性有限元分析

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梁柱节点是钢框架的重要组成部分,节点的抗火性能与钢框架整体结构的抗火性能有着紧密的联系,火灾下梁柱连接节点的破坏很容易导致整个结构的垮塌。从钢结构抗火研究情况来看,主要集中在对单个构件的抗火性能研究上,对节点抗火性能的研究相对较少;而且从国内外相关规范来看,与钢结构抗火设计相关的内容非常粗略。因此对钢结构梁柱节点抗火性能的研究具有重要的实用价值和理论意义。本文主要做了以下几方面的工作:(1)基于常温下有限元模型的验证,对常温静载条件下的外伸式端板连接、平齐式端板连接和内缩式端板连接梁柱边节点进行非线性有限元分析,得到了三种端板连接节点的弯矩-转角曲线和破坏形态。通过曲线,得到了三种端板连接节点在常温下的极限承载力和初始转动刚度,发现其中外伸式端板连接的极限承载力和初始转动刚度最大,内缩式端板连接节点的极限承载力和初始转动刚度最小(2)基于高温下有限元模型的验证,对以上三种梁柱端板连接边节点进行恒载升温条件下的非线性有限元分析,得到了三种端板连接边节点的温度-转角曲线。考虑到内缩式端板连接节点转动的特殊性,并单独对内缩式端板连接节点的的温度-转角曲线进行分析。除此以外还进行了大量的参数讨论,发现荷载比、加劲肋对节点临界温度有较大的影响,端板厚度、节点种类,摩擦系数,柱翼缘厚度对三种端板连接边节点的临界温度基本无影响。(3)考虑实际钢框架中梁柱节点的空间性,基于有限元模型验证,对四种全焊接空间节点进行了非线性有限元分析,得出节点的温度-转角曲线。从温度-转角曲线可以看出,H型柱翼缘与梁连接方向的边节点和角节点临界温度较低,中节点和H型柱腹板与梁连接方向的边节点临界温度较高;当H型柱腹板与梁连接方向梁端荷载大于H型柱翼缘与梁连接方向梁端荷载时,角节点临界温度明显降低。在进行抗火设计时,要注意加强对角节点和H型柱翼缘与梁连接方向的边节点的防火保护。
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