高强度螺栓摩擦型连接火灾后的受力性能

建筑火灾发生频繁且对钢结构危害严重，钢结构因火灾倒塌事例不胜枚举。但总体而言，绝大多数火灾并未造成钢结构根本性破坏，尽快鉴定其火灾后安全性，进行加固修复，对于减小灾后间接经济损失意义重大。高强度螺栓连接是钢结构最普遍应用的连接方式之一，作为钢结构基本组成部分，其火灾后受力性能对整个结构灾后承载安全至关重要。但目前国内外对高强度螺栓连接火灾后受力性能研究极少。摩擦型连接是最常用的高强度螺栓连接方式，本项目拟采用足尺试验和有限元理论、基于极限平衡状态的温度增量迭代分析法相结合的研究方法系统地研究其火灾后受力性能，确定高温过火对螺栓力学性能、连接螺栓预拉力损失和连接的承载力、刚度、变形、滞回特性的影响规律，建立高强度螺栓过火冷却后强度、弹性模量与过火温度之间的数学模型，以及过火冷却后螺栓预拉力损失、连接抗滑移承载力、连接极限承载力的简化计算方法，为钢结构火灾后安全性鉴定、加固修复提供科学依据。

建筑火灾发生频繁且对钢结构危害严重，但总体而言绝大多数火灾并未造成钢结构根本性破坏，尽快鉴定其火灾后安全性，进行加固修复，对于减小灾后间接经济损失意义重大。高强度螺栓连接是钢结构最普遍应用的连接方式之一，其火灾后受力性能对整个结构灾后承载安全至关重要，但目前国内外对此问题的研究极为有限。本项目对火灾后的高强度螺栓及其连接的受力性能进行了系统的研究。.对高强度螺栓进行了火灾后的抗拉、抗剪和洛氏硬度试验，得到了过火温度及冷却方式对应力应变关系曲线、强度、弹性模量、硬度的影响规律，建立了过火温度—强度—硬度之间的关系。研究表明，过火温度400~700℃时，延性增大，强度、弹性模量及硬度随过火温度升高而有明显下降；冷却方式对螺栓性能的影响开始变大；过火温度超过700℃时，冷却方式的影响有很大的差别；自然冷却情况下，延性不断加大，强度略有回升但幅度不大；泼水冷却情况下，呈明显脆性，塑性平台消失，强度大幅回升。.对高强度螺栓摩擦型连接进行了火灾后的受力性能试验，研究了过火温度、冷却方式、应力比和螺栓数量等对连接抗滑移承载力、极限承载力以及荷载变形曲线的影响规律。试验表明，在升温时不承受外部荷载的情况下，过火温度400℃时，抗滑移承载力降幅为10~30%，极限承载力降幅不超过10%；过火温度超过400℃时，抗滑移承载力、极限承载力均开始大幅下降，但极限承载力降幅明显小于抗滑移承载力；过火温度700℃时，8.8S和10.9S螺栓连接泼水冷却后的抗滑移承载力仅为未过火时的18%和10%，极限承载力降至64%和74%。在升温时承受外部荷载时，火灾后连接抗滑移承载力随应力比增大而下降，且极限承载力降幅较抗滑移承载力小；过火温度超过400℃、应力比较大时，由于螺栓强度下降及预拉力损失，连接在受火阶段就可能发生滑移与破坏。.对火灾后摩擦接触面的抗滑移系数进行了试验研究。过火温度200℃时，抗滑移系数变化很小；过火温度400℃，喷丸、无机富锌接触面的抗滑移系数分别增大约38%和13%；过火温度超过500℃时，抗滑移系数变化趋于稳定，喷丸、无机富锌接触面的抗滑移系数分别增大约70%和20%。.在前述试验研究及分析的基础上，提出了火灾后高强度螺栓的屈服强度、极限强度、硬度以及高强度螺栓摩擦型连接滑移承载力、极限承载力的降低系数与过火温度的计算公式，为理论分析及火灾后检测、钢结构安全性评定奠定了基础