鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓外伸式端板連接抗火性能研究.pdf

1、連接作為連接鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的媒介，其在火災(zāi)下的安全性對于保證結(jié)構(gòu)的整體性至關(guān)重要；準(zhǔn)確地理解和把握連接在火災(zāi)下的受力—變形與剛度特征，是進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)整體抗火計算與分析的重要前提與基礎(chǔ)。由于研究工作的滯后，國內(nèi)外相關(guān)設(shè)計規(guī)范對此方面的規(guī)定或為空白或相當(dāng)粗略，在進(jìn)行整體鋼結(jié)構(gòu)抗火分析時或是假定連接為理想的剛接、鉸接或是采用常溫下連接的彎矩—轉(zhuǎn)角關(guān)系模型。本文研究主要針對鋼結(jié)構(gòu)工程中廣泛應(yīng)用的高強(qiáng)度螺栓外伸式端板連接，通過梁柱、梁梁外伸式端板連接在

2、火災(zāi)及常溫下的足尺抗彎試驗，了解了端板連接在火災(zāi)下的溫度場分布、結(jié)構(gòu)受力特點與破壞機(jī)理，并在此基礎(chǔ)上建立了端板連接抗火計算與設(shè)計理論，包括：　　一，在收集、整理國內(nèi)外有關(guān)高強(qiáng)度螺栓用鋼材高溫材性試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，建立了高強(qiáng)度螺栓用鋼材在高溫下屈服強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)特性參數(shù)的數(shù)學(xué)模型?！　《?，基于通用有限元程序ANSYS，建立了端板連接在火災(zāi)下全過程三維熱分析及三維非線性結(jié)構(gòu)反應(yīng)分析方法，利用試驗結(jié)果對該方法的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗證。連接

3、中的所有組件均采用實體塊單元；結(jié)構(gòu)分析溫度加載基于三維熱有限元分析結(jié)果，模擬了連接的不均勻溫度場分布；考慮了材料非線性和幾何非線性；采用面面接觸單元模擬了連接中的所有接觸問題；采用預(yù)拉力單元模擬螺栓的預(yù)拉力，并在預(yù)拉力加載結(jié)束后將其轉(zhuǎn)變?yōu)榈刃灰萍虞d，能反映鋼材高溫軟化導(dǎo)致的預(yù)拉力的下降?！　∪?，建立了端板連接溫度場實用計算方法，避免了目前研究中基于均勻溫度場假定的不足?！　∷模訣C3常溫端板連接設(shè)計方法為基礎(chǔ)，建立了高溫下端板連

4、接的承載力與初始抗彎剛度計算方法，并在以下幾個方面作了改進(jìn)：彎矩、軸力共同作用下的承載力驗算方法；高溫下連接接觸面抗剪承載力驗算；基于Mises屈服條件和板件穩(wěn)定理論，綜合考慮了鋼柱縱向應(yīng)力對連接受力的影響；將EC3雙列螺栓布置計算方法推廣用于多列螺栓布置的情況?！　∥?，給出了對端板連接采取與相鄰構(gòu)件相同的防火保護(hù)情況下不需進(jìn)行抗火設(shè)計或簡化設(shè)計程序的條件?！　×瑢ishi-Chen三參數(shù)冪函數(shù)模型推廣，建立了端板連接的彎矩—轉(zhuǎn)

5、角—溫度關(guān)系模型?！　⊥ㄟ^180余個有限元算例研究了應(yīng)力比、螺栓直徑、螺栓預(yù)拉力、端板厚度、柱翼緣厚度、柱腹板加勁肋等主要參數(shù)對連接受力性能的影響，驗證了連接實用設(shè)計方法的準(zhǔn)確性，并比較了中柱連接與邊柱連接的性能，提出了在試驗與有限元分析中梁柱連接相對轉(zhuǎn)角計算時宜取“鋼柱翼緣接觸面上受拉、受壓合力與鋼柱軸線相交的兩點”作為鋼柱轉(zhuǎn)角計算參考點的位置選取原則?！　⊙芯勘砻?，在常溫下高強(qiáng)度外伸式端板連接具有相當(dāng)大的抗彎承載力和初始剛度，在