焊接圆钢管节点抗火性能研究

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圆钢管结构由于其良好的力学性能、美观的艺术性造型和方便的制作与施工等优点而广泛应用于空间大跨结构。管节点通常为圆钢管结构的重要受力部分,由于薄壁管结构中的主管径向刚度通常小于支管的轴向刚度而使得节点会先于构件发生破坏,成为整个钢管结构受力的薄弱环节。目前,在常温下,在主管内焊接加劲环为较常用且有效的加强方式。由于钢材的力学性能会随着温度的升高而急剧降低,严重威胁钢管结构在火灾下的安全性能,因此本文对T型空心圆钢管节点以及相应的内置加劲环加强型节点的抗火性能进行了试验和有限元研究。主要研究内容如下:(1)对恒载升温条件下的T型空心圆钢管节点的抗火性能进行了试验测试。获得了其失效模式、节点温度随时间变化的曲线和节点位移随温度变化的曲线,并深入分析了升温条件下节点失效的原因。(2)对恒载升温条件下的内置加劲环加强型T型圆钢管节点的抗火性能进行了试验测试。获得了其失效模式、节点温度随时间变化曲线和节点位移随温度变化曲线,通过与空心T型圆钢管节点的试验数据的比较发现,内置加劲环能够有效得延长节点的耐火时间和节点的临界温度,有效地提高了管节点的抗火性能。(3)根据相应的试验条件,利用有限元软件ABAQUS建立了T型空心圆钢管节点的验证模型。经计算分析后得到的有限元结果与试验结果吻合较好,验证了模型的可靠性和准确性。在此基础之上对T型空心圆钢管节点进行了抗火性能的参数分析,研究了主管长径比α,支管主管直径比β,主管径厚比γ和荷载比n对于空心圆钢管节点的抗火性能的影响。(4)建立与试验相对应的内置加劲环加强型T型圆钢管节点的抗火有限元模型,通过对比验证了模型的可靠性和合理性。并在此基础上对内置加劲环加强型T型圆钢管节点的抗火性能进行了敏感性分析和参数分析。敏感性分析主要研究了加劲环位置和偏转角度对节点整体抗火性能的影响。参数分析主要研究了加劲环厚度与主管厚度比、加劲环深度与主管直径比、主管长径比α、支管与主管直径比β和主管径厚比γ对加强型节点的抗火性能的影响。
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