梁柱全焊接节点火灾响应特性研究(可编辑)

梁柱全焊接节点火灾响应特性研究

中国科学技术大学

硕士学位论文

梁柱全焊接节点火灾响应特性研究

姓名:王汉杰

申请学位级别:硕士

专业:安全技术及工程

指导教师:姚斌

20100503摘要

摘要

钢结构梁柱节点是钢结构建筑中的关键组成部分,在保持钢结构完整性和

稳定性方面发挥至关重要的作用。梁柱全焊接节点是现有钢结构建筑中应用非

常广泛的节点形式之一,研究全焊接节点的抗火性能是进行钢结构抗火设计、

火灾安全评估的重要前提和基础,具有很重要的现实意义。

本文首先对前人所完成的钢结构全焊接节点试验进行了有限元模拟的初步

验证,分析验证了有限元分析方法在梁柱全焊接节点抗火性能研

究中的适用性;

其次运用 ANSYS有限元分析软件对梁柱全焊接节点试件进行模拟计算,分析不

同升温条件下全焊接节点的火灾行为,揭示特定参数对全焊接节点的火灾响应

特性,对比分析全焊连接和栓焊连接节点的抗火性能;然后建立具有防火涂层

的有限元模型,研究不同受火方式和不同防火涂层厚度在不同温升条件对全焊

接节点抗火性能的影响;最后探索性的研究了梁柱全焊节点在降温阶段的抗火

性能变化,研究结果表明:

1、有限元分析方法在梁柱全焊接节点抗火性能研究方面具有较强的适用

性。利用有限元分析方法的结果与全焊接节点试验结果对比得到有限元分析结

果和试验结果有较强一致性的结论。

2、不同升温曲线对全焊节点到达极限状态的时间有显著影响。在具有相同

升温曲线的条件下,全焊接节点加载的荷载比越大,节点到达极限状态的时间

越短。带有加劲肋的全焊节点耐火时间略长于无加劲肋的节点。

在相同升温条

件下,全焊节点的耐火时间比栓焊节点的长,抗火临界温度略高于栓焊节点。

3、不同受火方式能够显著影响梁柱全焊接节点的耐火时间,节点受火方式

比梁柱受火方式更容易缩短节点的耐火时间,从而使节点更容易达到危险状态。

对于梁柱全焊接节点,在不同的温升条件下,不同厚度的防火涂层对节点的温

度变化有着显著的影响,涂层越厚,节点的温度变化范围越小,节点的耐火时

间越长。

4、不同降温速率对相同约束荷载水平的梁柱全焊接节点的抗火性能有着重

摘要

要影响。降温速率越慢,节点经历的温度越高,且经历的高温过程越长,导致

节点变形越大;降温速率越快,节点经历的温度越低,且经历的高温过程越短,

导致节点变形越小。不同升温速率对梁柱全焊接节点降温阶段的抗火性能也有

着重要影响,升温速率越快,节点在降温阶段的抗火性能的下降

也越明显;升

温速率越慢,节点在降温阶段的抗火性能的下降也越不明显。

本文研究成果可为现实钢框架工程中全焊接节点的抗火设计提供参考和依

据。

关键词:全焊接节点;响应特性;抗火性能;有限元分析;升降温速率;

火灾

ABSTRACT

ABSTRACT

As an key component of steel frame structural building, beam-to-column joint

plays an important role in maintaining the integrity and stability of the steel structureWelded connection joint of beam-to-column is widely used in steel frame structural building. It is an important prerequisite and basis for fire-resistant design and fire

safety assessment of steel structure to systematically and accurately understand the

response of joint exposed to different fire conditionsIn this paper the applicability of finite element analysis method which used in

welded connection joint research was studied firstly. Then ANYSY was applied to

simulate thermal and structural coupling response of welded connection joint exposed

to fire. The fire behavior of welded connection joint under different elevated

temperature conditions was analyzed. The effect of specific parameters on joint was

revealed. The fire-resistance performance of welded connection joint and

bolted-and-welded joint was comparative analysis. The effect of fire-resistance

performance of welded connection joint in different fire exposure and fire-retardant

coating was analyzed. The fire-resistance performance of welded connection joint at

cooling phase was exploratory studied. The results indicate that:

1. The finite element analysis method had strong applicability in welded

connection joint research2. The elevated temperature curves with different temperature rise rates can