高温下钢及组合钢节点有限元建模及基于构件的分析方法

• 作者: 陈江海
• 来源期刊: 防灾减灾工程学报
• 学科: 工学
• 关键词: 结构抗火 基于构件的方法 钢节点 组合钢节点 钢连接 节点抗火测试
• 年，卷（期）: 2012,（3）
• 所属期刊栏目: 论文
• 页码范围: 253-266
• 分类号: TU375
• 字数: 1527字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1672-2132.2012.03.001

摘要

欧洲规范EC3 Part 1-1第5章[1]允许工程师使用一些先进的有限元分析软件来分析和设计钢结构,如线弹性、刚塑性以及二阶弹塑性整体分析.这3种极不相同的分析方法,能够用于简支、半连续以及连续节点模型中[2].节点模型根据刚度的不同,可分为铰接、半刚性和刚性模型；按照强度的不同,可分为铰接、部分强度和全强度模型.尽管大多数的工程问题仅仅要求进行线弹性分析,但仍有一些特殊结构可能要求采用高级分析以降低施工成本,例如底层无支撑钢框架结构.在这种结构中,采用半连续节点(具有半刚度和部分强度特性)进行框架分析,会显著增强结构抵抗名义水平荷载、风荷载、整体缺陷、地震作用时的抗侧刚度和强度,因此在控制的水平荷载下计算的横向侧移可能在EC3允许的范围内.在基于性能的抗火设计中,结构抗火工程师可能想利用钢节点潜在的刚度和强度,尤其是有端板节点的钢结构,这是一种最常见的钢结构施工形式.端板可以是部分深度的,或者是延伸端板,涵盖了名义铰接、半刚性和完全刚性节点模型.本文给出了端板节点高温性能研究的一系列数值分析结果;应用基于构件的方法,建立了这些节点在高温下的力学反应计算公式,以及梁腹板剪应力分量、连接处的拉应力和压应力区城的力学模型.基于构件的方法能够考虑钢节点的热约束效应.对已有钢端板节点试验进行了有限元模拟和基于构件的分析表明,2种方法的分析结果与试验结果的偏差都是可接受的,包括热约束效应.