火灾后主管内填混凝土的钢管T型节点承载力研究

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钢管节点具有力学性能良好,施工方便、外形美观等优点,因此在海洋平台、机场、大跨度空间结构中得到了广泛应用。然而钢材抗火性能不足使得钢管节点在高温下容易丧失承载能力。如果在钢管节点中填充混凝土使其成为钢管混凝土节点,则能有效地提升钢管节点的抗火性能以及承载能力。  本文着眼于经历不同最高温度的主管内填混凝土的钢管T型节点承载力的差异,采用了试验测试与数值分析相结合的方法来研究该类节点火灾后的承载力性能。试验研究中设计了三个几何尺寸完全一致的试件,其中一个试件置于常温环境下,另外两个试件经历模拟火灾升温降温的过程。试验采用SDS500电液伺服动静万能试验机对试件进行加载,试件支管端部承受轴向荷载作用,两端边界条件为简支。通过加载破坏试验可以发现,经历过高温并恢复至常温后的主管内填混凝土的钢管T型节点的承载力有一定程度下降,下降幅度与经历火灾的最高温度相关。  数值分析中采用有限元分析软件ABAQUS建立与试件对应的模型,然后得到有限元模型的极限承载力。通过对比数值模拟结果与试验结果可知,两者基本保持一致,因此该有限元模型能够准确地模拟主管内填混凝土的钢管T型节点的承载力。除此之外,本文总共建立了149个有限元模型对火灾后主管内填混凝土的钢管T型节点的承载力进行参数分析,研究了主管长度/半径比α,支管/主管直径比β,主管半径/壁厚比γ,支管/主管壁厚比τ,混凝土立方体抗压强度fc,主管钢材屈服强度fy,以及温度Tmax等7个参数对火灾后主管内填混凝土的钢管T型节点承载力的影响规律。根据参数分析的结果,本文提出了火灾后主管内填混凝土的钢管T型节点承载力的计算模型。
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