铸钢节点抗火性能研究

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1、西安建筑科技大学硕士学位论文铸钢节点抗火性能研究专业：结构工程硕士生：孙世强指导教师：杨应华教授摘要铸钢节点由于具有良好的塑性、韧性、可焊性以及美观且光滑连贯的外形等优点在大跨空间钢结构中得到了广泛的应用。而随着大跨空间钢结构的大量修建，结构的抗火性能及抗火设计方法也成为国内外学者关注的热点，而节点作为结构形成的关键环节，对其抗火性能的研究尤为重要。目前对铸钢节点在常温下的受力性能研究较多，但对抗火性能的研究还比较匮乏。本文采用ABAQUS有限元分析软件对树状结构中的三分叉型及单层网壳中的X型铸钢节点的抗火性能进行数值模拟

2、分析，研究了铸钢节点在火灾下的行为响应，包括节点的升温过程特性、变形特征、失效模式、临界温度及耐火时间，可为实际工程中铸钢节点的抗火设计提供参考。本文的主要内容和成果如下：（1）对树状结构中采用的三分叉型铸钢节点抗火性能进行研究，首先分析了节点的几何参数如主支管管径比、主支管的夹角、径厚比及倒角半径等对其升温过程的影响，之后分别在轴力、弯矩、轴力与弯矩共同作用三种荷载工况下，分析得到了几何参数及轴力比、弯矩比对节点抗火性能的影响规律。（2）对单层网壳结构中的X型铸钢节点抗火性能进行研究，首先分析了节点的几何参数如支管夹角、

3、径厚比、加劲板厚度与管壁厚度之比等对其升温过程的影响，之后分别在平面内弯矩与平面外弯矩两种荷载工况下，分析得到了几何参数及平面内、外弯矩比、支管轴力的初始应力比对节点抗火性能的影响规律。（3）总结了两种节点抗火性能数值分析结果，拟合出树状三分叉型节点和X型节点在不同荷载工况下临界温度与耐火时间的实用计算公式，为节点抗火设计提供参考。从提高节点抗火性能的角度，对铸钢节点的设计提出优化建议。关键词：树状分叉型铸钢节点；X型铸钢节点；抗火性能；热-力耦合分析西安建筑科技大学硕士学位论文ResearchonFireResistan

4、ceofCastSteelJointsSpecialty:StructuralEngineeringName:SunShiqiangInstructor:Prof.YangYinghuaAbstractCaststeeljointshavebeenwidelyusedinlargespacesteelstructuresbecauseoftheirgoodplasticity,toughness,weldability,beautifulandsmoothtransitionshape.Withtheconstructio

5、noflargespacesteelstructures,thefireresistanceanddesignmethodsofthestructureshavebecomeahotissueconcernedbydomesticandforeignscholars.Itisparticularlyimportanttodoresearchonthefireresistanceofthejoints,whichisthekeyareainthestructures.Theresearchonstatic,seismican

6、dfatigueresistanceofcaststeeljointsatroomtemperaturehasmadesomeachievements,buttheresearchonfireresistanceisstillscarce.Inthisthesis,thefireresistanceofthreeforksjointsintree-likestructuresandX-typejointsinsingle-layerlatticedshellstructuresisnumericallysimulatedb

7、ythermal-mechanicalcouplinganalysismethod.Thebehaviorresponseofcaststeeljointsunderfireisstudied,whichincludestemperaturerisingcharacteristics,deformationcharacteristics,failuremode,criticaltemperatureandfire-resistanttimeofthejoints.Itprovidesareferenceforthefire

8、resistancedesignofcaststeeljointsinpracticalengineering.Themaincontentsandresultsofthispaperareasfollows:(1)Inthisthesis,thefireresistanceofthreeforksca