火灾后方钢管混凝土柱—钢梁连接节点的力学性能分析

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近年来钢管混凝土结构在高层建筑中的应用日益广泛,为了进行其整体结构性能分析,必须对梁-柱连接节点进行深入的研究。火灾高温对结构材性有显著的影响,易造成结构破坏和倒塌,因此迫切需要研究高温对钢管混凝土梁柱节点性能的影响。本文考虑水蒸气的影响,选择合适的热工模型,建立方钢管混凝土柱-钢梁连接节点温度场有限元分析模型,并通过钢管混凝土构件、钢节点和钢管混凝土柱连接节点算例,对模型进行了验证。利用节点温度场有限元模型,进行全过程火灾下节点温度场的分析,并通过参数分析研究节点区域温度场的特点。参数包括:受火时间、钢管混凝土柱直径、钢梁翼缘宽度、钢梁高度、楼板厚度、柱防火层厚度。分析表明,节点区域温度场总体温度较非节点区温度场低,受火时间、钢管混凝土柱直径和柱防火层厚度等参数对节点温度影响较大。本文选取了合理的材料本构关系、单元模型和求解方法,考虑钢管与混凝土之间的约束效应以及钢管与混凝土之间的接触面模型,建立方钢管混凝土柱-钢梁连接节点的力学有限元分析模型,并用不同环境温度、加载路径的实验算例验证理论模型的有效性和可行性。算例包括:常温下、火灾下、恒高温后、火灾后的钢管混凝土构件,以及常温下和火灾后的钢管混凝土柱-钢梁连接节点。结果表明,计算结果与实验结果吻合较好,证明了模型的有效性。利用方钢管混凝土柱-钢梁连接节点有限元模型,考虑温度历史和应力历史,探讨了包括升降温段的全过程火灾后的方钢管混凝土柱-钢梁连接节的工作机理,分析了轴向应力变化、水平荷载-变形曲线、节点区应力分布、节点弯矩-梁柱相对转角曲线、节点变形以及钢管与混凝土相互作用力的变化,讨论了全过程火灾对节点刚度和承载力的影响,并进行了必要的参数分析,参数包括轴压比、受火时间、梁柱线刚度比、核心混凝土强度和钢材强度。
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