预制装配式部分钢骨梁柱节点抗火性能分析.docxVIP

? ? 预制装配式部分钢骨梁柱节点抗火性能分析 ? ? 范 国 玺， 高 明， 王 也， 李 海 生， 季 翔 ( 1.中国海洋大学 山东省海洋工程重点实验室， 山东 青岛 266100；2.荣华(青岛)建设科技有限公司， 山东 青岛 266500 ) 0 引 言 目前，国内外研究人员对各种类型梁柱节点组合体的抗火性能开展了一定研究．针对中尺度钢框架梁柱节点组合体的火灾试验研究表明，中型钢梁能够承受较大的位移，钢梁处于悬链线作用时，仅在节点处出现破坏现象[1]．设置加劲肋可以改善梁柱节点的温度场分布以及应力分布，进而提高梁柱节点的抗火性能[2]．针对二维型钢-混凝土组合框架结构局部火灾下工作性能的研究表明，未存在轴向梁约束的情况下，随着温度的升高，节点的转动能力和延性增加，存在轴向梁约束时，节点的抗弯承载力提高[3]．孔维一等[4]对两种足尺梁托柱节点单元试件进行了热力耦合作用下的抗火性能研究，结果表明，升温曲线及最高温度对节点单元的耐火极限影响较大；荷载比为0.6的节点单元比荷载比为0.4的节点单元耐火极限小；转换托梁中受托柱处附加吊筋的设置可有效提高节点单元的耐火极限，并起到避免发生突然破坏的作用．Zhou等[5]采用基于欧洲规范材料热特性参数建立的有限元模型，可获得有效的温度预测． 另一方面，装配式建筑在国内外得到了广泛应用，研究人员提出了多种新型节点[6-8]．根据连接方式的不同，其分为干连接与湿连接两大类．采用螺栓、铆接、焊接等干连接时，结构易出现不连续性和较差的约束性；采用现浇混凝土、灌浆等湿连接时，受气候和工人技术水平的影响，施工质量不易控制[9-10]．基于上述考虑，宋玉普等提出了一种新型梁柱节点，即预制装配式部分钢骨钢筋混凝土(PPSRC)梁柱节点[11]，并对PPSRC梁柱节点静力、动力性能开展了一定研究[11-12]．然而，针对PPSRC梁柱节点抗火性能的研究尚未开展．为推广PPSRC梁柱节点的应用，本文针对PPSRC梁柱节点抗火性能开展有限元分析． 1 PPSRC梁柱节点 PPSRC梁柱节点中型钢的厚度为12 mm，连接区转换钢板的厚度为20 mm，纵筋和箍筋的强度等级分别为HRB335和HPB235．PPSRC梁柱节点的基本尺寸及钢骨、钢筋的布置方式如图1所示，材料属性见文献[11]． 图1 PPSRC梁柱节点尺寸及配筋Fig.1 Dimension and reinforcement of PPSRC beam-column joint 2 材料高温特性及热工参数 2.1 钢材的高温特性 为考虑高温下钢材强度等级对结构力学性能的影响，采用过镇海等[13]建议的高温下钢材强度降低系数计算公式： 冲击韧性为A～D级 (1) 冲击韧性为E级 (2) 式中：fy，t为高温下钢材的屈服强度，fy为常温下钢材的屈服强度． 基于连续性模型，为考虑800 ℃以下钢材弹性模量的变化，采用过镇海等[13]建议的高温下钢材弹性模量降低系数计算公式： (3) 此外，采用Lie等[15]建议的曲线公式，表述钢材在高温下的应力-应变曲线： (4) εp=4×10-6fy (5) f(t，0.001)=(50-0.04t)×{1-exp[(-30+ (6) f[t，(εs-εp+0.001)]=(50-0.04t)×{1- exp[(-30+0.03t)× (7) 式中：σs为钢材的应力，εs为钢材的应变，εp为钢材的最大弹性应变． 2.2 混凝土的高温特性 为考虑混凝土抗压强度降低系数随温度的非线性变化，采用过镇海等[13]建议的高温下混凝土抗压强度降低系数计算公式： (8) 基于连续性模型，采用过镇海等[13]建议的高温下混凝土抗拉强度降低系数计算公式： (9) 综合考虑连续变化、计算精度、计算效率，采用陆洲导[16]建议的高温下混凝土弹性模量降低系数计算公式： (10) 综合考虑连续性变化、瞬时温度对应力-应变曲线的影响、计算精度及收敛性，采用Lie等[15]建议的高温下混凝土受压应力-应变曲线： (11) εmax=0.002 5+(6t+0.04t2)×10-6 (12) 式中：εcσ为混凝土的应变，εmax为混凝土的峰值应变，f′c(t)按下式计算： (13) 式中：f′c为常温下混凝土的抗压强度．混凝土的抗拉强度较低，高温环境中混凝土的抗拉强度对结构整体力学性能影响不大，因此，高温下混凝土受拉时应力-应变曲线采用简化的双线性模型[18]． 2.3 钢材的热工参数 英国规范BS5950和我国《建筑钢结构防火技术规程》均未考虑温度对钢材热传导系数的影响，日本《建筑物综合防火设计规范》则未考虑极限温度后热传导系数的不变性．因此，本文采用Lie[19]建议的钢材热传导系数计算公式： (14) 式中：λs为钢材的热传