钢节点在极端荷载作用下的拉结能力研究

建筑结构在其生命期内可能遭受各种极端荷载，如火灾、地震、爆炸等。设计结构完全承受极端荷载而不发生任何破坏是不经济合理的，因此，在极端荷载的作用下，往往允许部分结构构件发生破坏，而对整体结构进行抗连续倒塌设计。此时，结构的整体稳定性极大地依赖于节点在拉力作用下的抗破坏能力。本项目主要针对火灾的情况，通过实验与数值分析的方法，研究常用的钢结构节点类型在不同温度下以及不同的荷载组合状态下的拉结能力。并将试验结果与有限元分析相结合，开发和完善常用节点类型的基于组件模型。该模型以较为简单的方法反映真实的节点特性与失效准则，因此，将该模型融入框架结构的数值分析模型中，不仅可以真实地模拟节点和其它结构构件之间的相互作用，而且可以分析由节点破坏引起的结构抗连续倒塌性能。因常温为高温研究的一个特殊状态，因此其研究成果也可应用于结构遭受其他极端荷载时的节点性能评估。

本项目的研究内容是钢结构中的节点在遭受各种极端荷载，比如火灾、地震、爆炸等的作用下，承受非常规的极端荷载，发生大变形而不发生断裂性破坏的能力。研究的重点是火灾下钢结构节点承受多种荷载组合时的承载能力。项目执行过程中进行了以下工作：.1）.进行了6个端板式钢结构节点以及2个双角钢钢结构节点的高温火灾试验，记录了试验过程中钢结构的荷载、温度、变形等数据。8个试件考虑了不同连接形式、端板厚度、荷载组合等的影响。.2）.进行了节点高温下力学行为的有限元模拟，提出了在各种不同的受力组合、不同的几何尺寸下的破坏模式特征以及极限承载力规律。.3）.改进了端板式钢结构节点的弹簧简化分析模型，在原有仅能考虑拉+弯组合的基础上，引入了剪力的影响，因此，形成通用的可以考虑节点在任意拉+剪+弯的耦合作用的简化模型。.目前的结构整体分析工具往往假定简单的刚接或铰接的节点特性，或者能模拟具有一定弹性转动刚度的节点，但不能直接考虑节点的极限承载力及破坏。本项目中的弹簧简化分析模型可以轻易地引入任何结构整体分析有限元程序中，并模拟节点发生大变形至破坏的全过程，因此，可以推动极端灾害荷载作用下结构的整体抗倒塌分析。