改进型装配式钢牛腿抗火性能研究

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在装配式建筑结构中,节点是结构传力的中枢,是装配式结构中的关键部位。在火灾高温作用下,钢材性能弱化,节点承载力下降,当承载能力下降到一定程度时节点发生破坏。由于装配式节点的连接形式与传统焊接钢节点存在差异,其破坏部位与破坏形式也有明显的区别。因此,开展装配式钢牛腿节点的抗火性能和耐火保护方法研究,对确保该类节点在火灾下的安全具有重要意义和实用价值。本文针对改进型装配式钢牛腿节点,进行了6组ASTM-E119升温模式下的抗火性能试验,获得节点表面的温度分布、节点变形、破坏形态和耐火极限。建立了节点抗火性能有限元分析模型,分析了主要参数影响。主要研究内容和结果如下:1、对3组采用不锈钢螺栓、增设焊缝的无保护套装配式钢牛腿,进行了恒载升温试验。结果表明:采用不锈钢螺栓和增设焊缝均能有效提高节点的耐火极限。节点破坏时,采用不锈钢螺栓较普通螺栓节点耐火极限延长18min,不锈钢螺栓无明显变形;对节点进行焊缝处理较无焊缝处理的牛腿,节点耐火极限延长23min。节点的破坏时变形急剧增大,呈现出一定的脆性特征。增添焊缝的两组节点耐火时间基本相同,节点的耐火极限由焊缝失效时间决定。2、进行了3组有保护套的装配式节点抗火试验,结果表明:保护套能有效提高节点的耐火极限。牛腿的薄弱环节主要是肋板,螺栓和侧板。对节点的上排螺栓和肋板进行耐火保护,节点的耐火极限约为107min;对节点的肋板、栓钉、侧板同时进行保护,耐火极限能达到150min。在节点表面做防火涂料处理也能明显提升节点的耐火性能,试验节点的耐火极限为120min。3、运用ABAQUS软件建立了节点抗火性能分析有限元模型,通过模拟结果与试验结果的对比,验证了模型的合理性。在温度场中模拟曲线与试验曲线趋势基本一致,由于试验过程中的热量消耗,试验温度略低于模拟温度;在力学分析中,节点的模拟结果与试验结果吻合良好,模拟曲线开始出现较大正向位移变形的时间节点与试验曲线一致,最终破坏时试验变形略大于模拟结果。4、分析了肋板厚度,偏心距,荷载对节点抗火性能的影响。结果表明:火灾下钢牛腿节点的耐火极限随肋板厚度的增大而增大,随偏心距减小而增大,随荷载的增大而减小。
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