钢结构半刚性连接节点抗火性能有限元分析

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半刚性连接具有显著的优点:良好的抗震性能;现场安装方便;施工速度快。采用半刚性连接可以加快施工速度,缩短建设工期,降低管理成本,从而产生良好的经济效益。由于半钢性连接节点的诸多优点是其它连接形式所无法比拟的,该类节点在工程中的应用必将推动钢结构快速发展。然而火灾对钢结构的影响是致命的。钢材虽然不能燃烧,但是钢材在高温下其力学性受温度影响很大。一旦火灾发生,钢结构极易破坏。因此对钢结构半钢性连接节点抗火性能的研究就显的极为重要。本文以带双腹板、顶底角钢梁柱连接节点为研究对象,该类节点被普遍认为是典型半钢性连接节点。运用有限元ANSYS分析软件,建立三组有限元分析模型,以节点上部受热与节点下部受热两种典型火灾工况作为模型的火灾工况,采用热-力耦合分析方法对节点进行分析模拟。通过大量数据甄别及分析研究,本文得出以下结论:(1)当节点温度大于600oC时,上升温对节点承载力的影响要比下升温大。(2)由于在上升温时上角钢直接受火,导致其刚度首先下降,对角钢承载能力的影响也较大。腹板角钢处于节点中部,两种工况下都不直接受火,因此两种工况对腹板角钢承载能力影响差别不大。同一时间点内下升温比上升温对螺栓预紧力影响较小。下升温相较于上升温对保护节点更有利。(3)上角钢首先屈服,节点继续变形,腹板角钢也开始屈服,最终导致节点破坏,节点破坏时间点为升温10分钟,在设计此类节点时应尽量保护好上角钢,尽量避免上角钢直接受火。(4)不论模型处于何种工况作用下,提高顶底角钢的厚度可以大幅度提高节点的抗火性能,且可以有效的改善节点内部的应力重分布情况,使节点各部受力更为合理。
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