石化火灾中钢结构节点抗火问题探讨.pdfVIP

北京力学会第18届学术年会论文集：工程应用 石化火灾中的钢结构节点抗火问题的探讨 赵大伟高建岭张宏涛 (北方工业大学，100144) 摘要：随着我国经济的快速发展，城市化和工韭化进程不断加快，我国的钢结构建筑发展 迅速。中色北方院参与深化设计大庆乙烯改扩建工程，本文以此工程为研究实例，结合以 往钢结构节点抗火性能的研究成果，探索符合石化火灾环境下钢结构节点抗火性能的研究 方案。 关键词： T型节点，钢结构，力学性能分析，石化火灾 已I喜 一、 JI口 钢结构有一个严重的缺陷，即钢材的耐火性能较差，普通钢材在400℃时屈服强度 下降至室温强度的一半，在600℃时其强度基本全部损失。因此，钢结构在火灾中很容 易发生严重破坏。梁柱节点作为框架结构中的关键部位，在火灾发生时，节点的破坏可 能导致整个建筑结构的变形甚至坍塌。各类全尺寸试验也表明，节点在维持结构内力平 衡、影响应力分布方面发挥着重要作用。鉴于粱柱节点在钢结构建筑中的重要作用，有 必要对梁柱节点在火灾中热——力耦合作用下的性能变化进行更加深入的分析，特别是 在特殊行业中使用的钢结构建筑。本文以大庆石化乙烯改扩建工程中大量采用的节点类 型为研究对象，探讨石化火灾环境下钢结构节点的力学性能分析的方案。 钢结构抗火失效判断依据 Robertson和Ryan[1】的研究表明，对于受弯构件和轴向受力构件，当其在火灾下的 特征变彤量或变形速率达到按下述各式确定的数值后，就将迅速发生破坏，该准则也称 为Robertson—Ryan准则，目前为绝大多数抗火试验所采纳。 (1)受弯构件(梁板) 箜上 dt—‘900h 正 r 6≥上或万≥L 800厅 30 式中，万为构件的最大挠度，mm；l为构件计算跨度，Innl；h为构件截面高度，nlnl； t为时间，rain。 (2)轴向受力构件 生生≥3Ⅳ dt 万≥120 VIII．83 ]匕京女毕台*1s月学术年☆☆t4：I程Ⅱ月 A中．6为构件的f4111il脏缩变形，rnm；H为杜J件的K度m 对于H点抗火试验来说．通常认为当其柏对转角超过60或0Irdd时达到极限状【21 三、有限元分析方法 为了模拟火灾下筘点的特性，国外学者曾进幸『了大量的分析研究j_作。通过建立弯 矩转角关系柬判断钢结构节点破坏的临界点。采用有限兀分析方法．运用ANSYS软 件对梁柱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为．搦不特 定参数对再点的火吠响应特性。 首先矬屯合理的铡结构声点的有限兀分析模型(图1)口】，存外部边界条件和受力 条件的限定F，钢结构*点在火灾巾出现变形直至破坏(翻2)p】，最后根据钢结构抗 火失效判断依据，即梁，杜厦节点转角的极限值，确定在此情况下钢结构节点的力学性 能。 乏疆 图1青敝n分析摸’口 圈2火灾B制结构节点变形圈 五、结论 根据研究结粜r建立铡结构T趟节点在石化火灾环境下的升温一结构变形，应力一 应变戈系。在小l可受力条忭，分析比较翼缘高厚比及腹板高厚比对节点承载力及延性的 影响。对节点彳E火灾巾热力耦台作用下的性能变化进行深入的分析，研究刑结构节点 的