火灾下钢管混凝土柱-钢梁穿筋节点受力性能分析

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节点的抗火研究大部分集中在外加强环节点这类柱贯通式节点层面,而较少涉及到穿筋节点这类梁贯通式节点,因此本论文通过对标准升温曲线作用下钢管混凝土柱-钢梁穿筋节点的耐火性能的数值模拟分析,为该节点抗火提供设计依据。首先,本文在确定恰当的边界条件、单元类型、材料热物理性质以及利用试验验证模型思路正确的基础上,利用ABAQUS有限元软件,对钢管混凝土柱-钢梁穿筋节点在升温过程中的温度场进行数值模拟,并对可能影响温度场的参数进行了分析,为节点耐火分析提供温度荷载施加的依据。得到如下结论:(1)根据温度场分布规律可知,温度分布不均匀,除节点核心区混凝土的温度因为穿筋的作用温度高于非节点区域外,整体节点核心区温度要低于非节点区温度。(2)钢筋的存在可以增强节点在火灾下的升温程度,但是直径的大小对温度场的影响不是很明显。(3)钢梁截面宽度对节点在火灾下的升温情况几乎无影响。(4)防火保护层对于节点在火灾下的升温情况影响显著。防火保护层的存在降低了节点的升温程度,且随着防火保护层厚度的增加而越发明显。其次,本文在利用试验验证模型思路正确的基础上,利用ABAQUS有限元软件,设计了7个常温下承受往复荷载的方钢管混凝土柱-钢梁穿筋节点模型,得到相应极限承载力值的同时并对其进行了参数分析,为节点耐火分析提供静力荷载施加的依据。最后,本文在利用试验验证模型思路正确的基础上,利用ABAQUS有限元软件设计了3个钢管混凝土柱和7个方钢管混凝土柱-钢梁穿筋节点耐火计算模型,得到相应耐火极限的同时并对该类节点的耐火性能进行了分析。得出以下结论:(1)增大荷载比可降低节点的耐火极限和临界温度。降低荷载比可提高节点的耐火极限和临界温度。(2)增大轴压比可降低节点的耐火极限和临界温度。降低轴压比可提高节点的耐火极限和临界温度。(3)钢筋的强度对节点的耐火极限几乎无影响。(4)提高含钢率可提高节点的耐火极限和临界温度。降低含钢率可降低节点的耐火极限和临界温度。(5) 防火层的存在可提高节点的耐火极限和临界温度。
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