火灾侵袭下钢筋混凝土梁托柱转换结构节点力学性能的深度剖析与评估.docxVIP

火灾侵袭下钢筋混凝土梁托柱转换结构节点力学性能的深度剖析与评估

一、引言

1.1研究背景与意义

建筑作为人类生活、工作和社交的重要场所，其安全性至关重要。然而，火灾作为一种极具破坏力的灾害，时刻威胁着建筑的安全。据相关统计数据显示，全球每年发生的建筑火灾数量众多，造成了巨大的人员伤亡和财产损失。例如，2023年5月7日，吕梁市临县一小区发生火情，一单元电缆井内电线着火，涉火建筑高32层，经紧急疏散救援，仍有5人送医后抢救无效死亡；2022年7月6日，四川内江经开区一商住楼9楼住户家中发生火灾，致4人死亡。这些惨痛的案例凸显了建筑火灾的严重危害。

在建筑结构中，梁托柱转换结构节点起着关键作用。随着城市化进程的加速，当代建筑正朝着多功能方向发展，竖向多功能需求的变化造成建筑结构体系的上下不连续，往往需要在结构竖向变化处设置结构转换层，而梁托柱转换结构是最为常见的转换结构形式。梁托柱转换结构节点作为建筑结构体系中的重要和关键部位，承担着将上部结构荷载传递至下部结构的重要任务，其性能的优劣直接关系到整个建筑结构的稳定性和安全性。

当建筑遭遇火灾时，火灾高温会对梁托柱转换结构节点的力学性能产生显著影响。高温作用下，混凝土和钢筋的材料性能会发生劣化，如混凝土的强度、模量和韧性随着温度的升高而逐渐下降，钢筋的强度和韧性也会下降，这将导致节点的承载能力、变形能力等力学性能发生改变，进而影响整个建筑结构的安全性。因此，研究火灾后梁托柱转换结构节点的力学性能，对于准确评估火灾后建筑结构的安全性、制定合理的修复加固方案以及完善建筑结构的抗火设计理论和方法具有重要的理论和现实意义。通过深入研究，可以为建筑结构在火灾后的安全性评估提供科学依据，为修复加固措施的制定提供技术支持，从而保障建筑结构的安全使用，减少火灾带来的损失。

1.2国内外研究现状

国内外学者针对火灾后钢筋混凝土结构以及梁托柱转换结构节点力学性能开展了大量研究。在火灾后钢筋混凝土结构方面，众多研究聚焦于材料性能劣化。研究表明，高温下混凝土内部水分蒸发、骨料热膨胀，致使其开裂，强度和弹性模量显著降低；钢材的弹性模量、屈服强度和极限强度也会随温度升高而大幅下降，还可能发生蠕变和应力松弛。在结构整体性能研究中，通过数值模拟和实验，分析了火灾对结构内力、变形和承载能力的影响，明确了温度场分布是影响结构性能的关键因素。

对于梁托柱转换结构节点，相关研究主要围绕其受力特性与抗震性能。在正常工况下，已深入分析了节点的传力路径、梁内应力分布以及与整体结构的相互作用效应。在抗震性能研究中，探讨了不同构造措施和设计参数对节点抗震能力的影响。然而，当前针对火灾后梁托柱转换结构节点力学性能的研究仍存在不足。一方面，对火灾高温作用下节点温度场分布规律的研究不够全面，尤其是考虑复杂火灾场景和结构形式时；另一方面，对于火灾后节点力学性能变化的量化分析以及破坏机制的深入研究还相对欠缺。现有研究多集中于单一因素对节点性能的影响，缺乏多因素耦合作用下的系统研究。本文将针对这些不足，开展火灾后梁托柱转换结构节点力学性能的研究，以期为建筑结构抗火设计与评估提供更完善的理论支持。

1.3研究内容与方法

本文主要研究内容包括：基于ISO834标准升降温曲线，运用相关软件计算分析不同尺寸梁托柱节点模型在三面和单面受火作用不同升降温时间后的温度场分布规律，总结尺寸效应对温度场的影响；对不同尺寸梁托柱节点模型进行升降温全过程变形计算，对比分析节点模型在火灾下和经历火灾后的变形规律，总结不同梁柱尺寸比对其变形规律的影响；采用截面有限单元法建立转换托梁三面受火作用后的残余抗弯承载力简化计算方法，并通过具体算例将计算结果与软件分析结果进行对比验证。

在研究方法上，采用文献研究、数值模拟和实验研究相结合的方式。通过广泛查阅国内外相关文献，了解火灾后钢筋混凝土结构以及梁托柱转换结构节点力学性能的研究现状和发展趋势，为本文研究提供理论基础；利用专业有限元软件ABAQUS进行数值模拟，建立梁托柱转换结构节点模型，模拟火灾高温作用下节点的温度场分布、变形和力学性能变化，通过改变模型参数，研究不同因素对节点性能的影响；计划开展实验研究，制作梁托柱转换结构节点试件，进行火灾高温试验和力学性能测试，获取实验数据，验证数值模拟结果的准确性，为理论分析和工程应用提供可靠依据。通过多种研究方法的综合运用，全面深入地探究火灾后梁托柱转换结构节点的力学性能。

二、钢筋混凝土梁托柱转换结构节点概述

2.1结构形式与应用场景

梁托柱转换结构节点，作为建筑结构中实现竖向力有效传递的关键构造，其基本形式为通过钢筋混凝土梁将上部柱传来的荷载转移至下部结构。在实际工程中，这种节点形式展现出多样化的特点，以适应不同的建筑功能