H型钢杆件—焊接空心球节点单层网壳结构抗火性能研究

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空间网格结构具有自重轻、强度大、造价经济、施工简单等诸多优势,是应用最为广泛的大跨度建筑结构形式之一。钢管焊接空心球节点广泛应用在传统空间网格结构中。基于现代空间网格结构造型美观、结构受力等要求,H型钢焊接空心球节点得到工程应用。目前研究主要关注钢管焊接空心球节点在火灾高温下的力学性能,而对H型钢焊接空心球节点的高温力学性能涉及很少。本文基于有限元分析软件开展了包括节点以及整体结构在内的H型钢网壳结构抗火性能的系统研究,为合理进行空间结构抗火设计和火灾下建筑安全评估提供理论基础。主要内容如下:(1)对高温下H型钢焊接空心球节点的偏压力学性能和偏拉力学性能进行研究。考虑了钢材材性、偏心距、焊接空心球尺寸、型钢尺寸及加肋等因素对H型钢焊接空心球节点力学性能的影响,得到并分析了节点的破坏模式、荷载-位移关系及极限承载力随着温度升高的变化规律;在参数化分析的基础上,提出了高温下偏压极限承载力折减系数和偏拉极限承载力折减系数的拟合计算公式。(2)对高温下焊接空心球节点抗弯力学性能进行了研究。考虑了焊接空心球尺寸、型钢尺寸等参数因素对H型钢焊接空心球节点抗弯力学性能的影响,得到并分析了H型钢焊接空心球节点的破坏模式、弯矩-转角关系、抗弯承载力及抗弯刚度随着温度升高的变化规律;在参数化分析的基础上,提出了高温下H型钢焊接空心球节点塑性承载力、极限承载力及初始抗弯刚度拟合计算公式;对高温下钢管焊接空心球节点抗弯力学性能进行研究,总结了钢管焊接空心球节点高温下抗弯承载力和初始刚度的退化规律。(3)基于ABAQUS有限元分析软件,提出了单层网壳结构的抗火设计方法。通过考虑整体结构初始缺陷、温度场分布及高温下节点刚度退化等因素,对H型钢杆件-焊接空心球节点单层网壳结构的抗火数值分析方法进行具体阐述,达到整体结构抗火性能安全分析的目的。
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