張麗娜 王暉

摘要：鋼材雖然不能燃燒，但是鋼材在高溫下其力學(xué)性受溫度影響很大。一旦火災(zāi)發(fā)生，鋼結(jié)構(gòu)極易破壞。節(jié)點(diǎn)作為鋼結(jié)構(gòu)受力的關(guān)鍵部位，研究其高溫力學(xué)性能是研究框架乃至整體結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下力學(xué)性能的重要基礎(chǔ)。本文介紹了梁柱節(jié)點(diǎn)的不同類型，總結(jié)了國內(nèi)外研究人員開展試驗(yàn)研究和理論研究的成果, 指出了目前梁柱節(jié)點(diǎn)研究亟待解決的問題和今后發(fā)展的方向。

關(guān)鍵字：鋼結(jié)構(gòu)；梁柱節(jié)點(diǎn)；抗火

中圖分類號：TU319 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

1研究背景與意義

梁柱節(jié)點(diǎn)作為鋼結(jié)構(gòu)建筑中一個(gè)重要的連接組成部分，對于整個(gè)結(jié)構(gòu)的性能發(fā)揮著不可或缺的作用，梁柱節(jié)點(diǎn)的特性不僅關(guān)系到整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)建筑的整體性、安全性、經(jīng)濟(jì)型、可靠性，同時(shí)還與結(jié)構(gòu)的自振周期、內(nèi)力分布、整體變形有著密切聯(lián)系。伴隨著對鋼結(jié)構(gòu)抗火性能的深入研究，人們逐漸意識到梁柱節(jié)點(diǎn)在鋼結(jié)構(gòu)抗火研究中的重要地位，一旦梁柱節(jié)點(diǎn)在火災(zāi)中發(fā)生破壞，可能會(huì)導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的坍塌，對人民的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的威脅，因此研究梁柱節(jié)點(diǎn)其在火災(zāi)下的力學(xué)性能至關(guān)重要。

2梁柱節(jié)點(diǎn)的分類

根據(jù)連接的剛度將梁柱連接分為剛性連接、半剛性連接和柔性連接三類。

剛性連接是指梁柱之間沒有相對轉(zhuǎn)角，連接處可以傳遞彎矩，具有較高的抵抗彎矩的能力，因其構(gòu)造簡單而廣泛采用?？蓪傂赃B接分為全焊接連接、栓焊連接和全螺栓連接三類。

柔性連接是指梁柱之間不能傳遞彎矩作用，只能傳遞剪力作用，且能發(fā)生較大的相對轉(zhuǎn)動(dòng)，通常我們近似認(rèn)為內(nèi)縮式端板連接和角鋼腹板連接是柔性連接。

半剛性連接是指梁柱之間的連接性能介于剛性連接和柔性連接之間，不但可以傳遞彎矩和剪力，而且允許節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)動(dòng)。半剛性連接的常見形式有以下幾種：外伸式（平齊式)端板連接、頂?shù)捉卿撨B接、短T型鋼連接節(jié)點(diǎn)、帶雙腹板角鋼的頂?shù)捉卿撨B接。

4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

4.1 國外研究現(xiàn)狀

Lawson[1]于1990年對三種不同形式的端板連接進(jìn)行抗火試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，三種梁柱節(jié)點(diǎn)在高溫下具有非常顯著的抗彎承載力，可達(dá)到常溫時(shí)對應(yīng)的抗彎承載力的2/3，同時(shí)Lawson提出了節(jié)點(diǎn)傳遞彎矩對鋼梁抗火設(shè)計(jì)的有所影響。1998年Al-Jabri[2]對平齊式端板連接、柔性端板連接和柔性端板復(fù)合連接進(jìn)行了一系列的抗火試驗(yàn)，分析研究節(jié)點(diǎn)在恒載升溫條件下，不同端板類型、厚度、尺寸大小對結(jié)果的影響并得到各種連接的彎矩-轉(zhuǎn)角-溫度曲線。2005年K.S.Al-Jabri[3]對五種不同類型的半剛性梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行高溫試驗(yàn)，研究在不同荷載情況下節(jié)點(diǎn)的抗火性能，根據(jù)試驗(yàn)得到的彎矩-轉(zhuǎn)角-溫度曲線并通過分析對比節(jié)點(diǎn)的抗彎承載力、轉(zhuǎn)動(dòng)剛度。2004年A.Rahman[4]用ANSYS建立三維有限元模型，模擬了鋼結(jié)構(gòu)柔性剪力板連接節(jié)點(diǎn)在火荷載作用下的行為響應(yīng)，得出了不同荷載情況下剪力板塑性應(yīng)變發(fā)展情況和節(jié)點(diǎn)的時(shí)間-轉(zhuǎn)角曲線。2006年K.S.Al-Jabri[5]運(yùn)用有限元軟件ABAQUS模擬實(shí)驗(yàn)中相同參數(shù)的平齊式端板連接，通過與試驗(yàn)結(jié)果相對比，發(fā)現(xiàn)得到的失效模式和彎矩-轉(zhuǎn)角曲線比較吻合。

4.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

王衛(wèi)永[6]等通過火災(zāi)試驗(yàn)爐對全焊接、栓焊節(jié)點(diǎn)和外伸端板節(jié)點(diǎn)進(jìn)行火災(zāi)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)加勁肋能明顯提高全焊接節(jié)點(diǎn)和外伸端板連接節(jié)點(diǎn)抗火性能，端板厚度對外伸端板連接節(jié)點(diǎn)抗火性能影響不大。隋炳強(qiáng)對全焊接連接和栓焊連接進(jìn)行抗火試驗(yàn)研究，研究表明，全焊接接連的臨界溫度比栓焊連接略高且二者的極限轉(zhuǎn)角相差不大，試驗(yàn)結(jié)果與有限元的結(jié)果基本一致，并對梁柱節(jié)點(diǎn)的抗火設(shè)計(jì)提出建議[7]。楊秀萍[8]等通過有限元軟件ANSYS利用殼單元和梁單元建立有限元模型，對上端外伸式端板連接梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行抗火分析，得到了節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)角-時(shí)間曲線及應(yīng)力云圖，并進(jìn)行了少量的參數(shù)分析。

5、結(jié)論

綜上所述，目前國內(nèi)對梁柱節(jié)點(diǎn)抗火分析有較多的實(shí)驗(yàn)與理論研究，今后應(yīng)在一下方向進(jìn)行進(jìn)一步的研究：

（1）梁柱節(jié)點(diǎn)是構(gòu)件相互作用、相互約束的關(guān)鍵。目前對節(jié)點(diǎn)抗火性能的研究,基本上不考慮節(jié)點(diǎn)外力的變化。而實(shí)際結(jié)構(gòu)中,隨著溫度變化,節(jié)點(diǎn)受力有著復(fù)雜的變化,這些對節(jié)點(diǎn)抗火性能的影響,仍有待進(jìn)一步研究。

（2）單個(gè)構(gòu)件的研究不能準(zhǔn)確反映其在整體結(jié)構(gòu)中的力學(xué)性能和反應(yīng),應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)整體性影響下的節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能,為結(jié)構(gòu)抗火性能化設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。

（3）建立試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫，為研究人員今后的研究提出借鑒，為組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的制定依據(jù)。

（4）開發(fā)新的梁柱連接組合節(jié)點(diǎn)形式。

參考文獻(xiàn)

[1]Lawson, R. M. Behavior of steel beam-to-column connection in fire[J].Structural Engineer,1990,68(14):263-271.

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[8] 楊秀萍，王興武, 郝淑英， 姚斌. 鋼結(jié)構(gòu)外伸端板連接抗火性能研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào),2007, 40(40):55-58.