柔性钢节点火灾下响应分析[S]

1、柔性钢节点火灾下响应分析S    英文题名 Behaviour Analysis of Flexible Steel Connections in Fire  专业 机械设计及理论  关键词 抗火; 有限元分析; 内缩式端板连接; 柔性剪力板连接; 悬链线作用; 英文关键词 Fire-resistance; Finite element analysis; Flexible end plate connections; Fin plate shear connections; Catenary action; 中文摘要 利用有限元分析

2、软件ANSYS对高温下内缩式端板连接和柔性剪力板连接进行了数值模拟分析,分析中考虑了材料非线性、几何非线性及接触非线性等多种非线性因素的影响。在验证分析模型的正确性和可靠性的基础上,对连接节点的抗火性能影响因素做了变参数研究,并根据分析结果提出了一些对于今后设计有意义的建议。主要做了以下研究工作: 1.内缩式端板连接非线性有限元分析 对内缩式梁柱端板连接节点在火灾下的响应进行了数值模拟和理论分析,并对荷载比、端板厚度、受火工况和轴向约束等影响连接节点抗火性能的因素做了变参数研究。研究表明柱施加防火保护可有效地降低节点域内的温度,提高连接节点的临界温度及极限抗火时间。连接初始转角随着荷载比的增大

3、而增大,临界温度随着荷载比的增加而减小。连接节点初始转动刚度和临界温度随着端板厚度的增加而增大,连接初始转角和刚度退化速度随厚度的增加而减小,同时端板厚度的增加加剧了端板与腹板的焊接处应力集中程度。整体结构中,节点处受到梁轴向温度内力的作用,其相同温度下的变形及转角明显小于孤立节点。梁下翼缘屈曲后,其连接特性表现为“简支”,中跨挠度将急剧增大。考虑轴向约束节点的耐火极限比根据孤立节点的火灾实. 英文摘要 Numerical simulation of flexible end-plates connections and fin plate shear connections under fi

4、re was successfully done using FEM software ANSYS. Geometric, material and contact non-linearity was taken into account. Finite element models were validated by tests results, Analysis of variety of parameters which have great influence on fire resistant capacity of joints had been made, and suggest

5、ions that benefit for design were proposed. Following contents were investigated in this paper: 1. Non-linear fi. 摘要 5-6 Abstract 6-7 第一章 绪论 12-20     1.1 研究背景 12-13     1.2 钢结构抗火设计方法 13-15         1.2.1 钢结构抗火设计目的和意义 13   

6、60;     1.2.2 钢结构抗火设计方法演变 13-15     1.3 国内外研究现状 15-18     1.4 本文主要研究内容、研究特色及创新点 18-20         1.4.1 研究内容及安排 18-19         1.4.2 研究特色及创新点 19-20 第二章 高温下钢材和混凝土的材料性能 20-32   

7、  2.1 引言 20     2.2 高温下钢材的材料性能 20-22         2.2.1 热传导系数_s 20-21         2.2.2 比热C_s 21-22         2.2.3 结构钢的密度 22     2.3 高温下钢材的力学性能 22-28    &#

8、160;    2.3.1 结构钢的屈服强度 22-24         2.3.2 结构钢弹性模量 24-25         2.3.3 应力-应变关系 25-26         2.3.4 泊松比 26         2.3.5 结构钢的热膨胀系数 26-28  

9、60;  2.4 混凝土热工性能 28-29         2.4.1 热传导系数 28         2.4.2 混凝土比热 28         2.4.3 混凝土的密度 28-29     2.5 高温下混凝土的力学性能 29-31         2.5.1 混凝土的

10、热膨胀系数 29         2.5.2 混凝土的抗压和抗拉强度 29-30         2.5.3 弹性模量 30         2.5.4 泊松比_c 30-31         2.5.5 混凝土的应力-应变关系 31     2.6 本章小结 31-32 第三章 有限元理

11、论基础及传热学 32-39     3.1 引言 32     3.2 有限元分析方法 32-33         3.2.1 有限元方法概念 32-33         3.2.2 有限元方法的发展 33     3.3 ANSYS 的非线性分析 33-36         3.3.1 ANSYS

12、 功能特点 33-34         3.3.2 非线性问题分类 34-35         3.3.3 非线性求解方法 35-36         3.3.4 屈服和强化准则 36     3.4 热传导理论和原理 36-39         3.4.1 热传导的微分方程 36-37

13、        3.4.2 三种传热方式 37-38         3.4.3 热传导的边界条件和初始条件 38-39 第四章 内缩式端板连接非线性有限元分析 39-59     4.1 引言 39     4.2 ANSYS 使用单元介绍 39-43         4.2.1 热分析单元 39-40   

14、;      4.2.2 应力分析单元 40-43     4.3 有限元模拟 43-51         4.3.1 概述 43-44         4.3.2 几何模型尺寸 44         4.3.3 材料模型 44       

15、0; 4.3.4 有限元模型 44-45         4.3.5 荷载和边界条件 45-46         4.3.6 温度场模拟 46-47         4.3.7 结构分析 47-51             4.3.7.1 内缩式端板转动介绍 47-48 

16、0;           4.3.7.2 模型验证 48-50             4.3.7.3 内缩式端板连接破坏模式分析 50-51     4.4 荷载比对内缩式梁柱端板连接火灾下行为对影响 51-52     4.5 受火工况对内缩式梁柱端板连接火灾下行为的影响 52-54    &#

17、160;    4.5.1 受火工况对内缩式梁柱端板连接温度场分布影响 52-53         4.5.2 受火工况对内缩式梁柱端板连接耐火性能的影响 53-54     4.6 端板厚度对内缩式梁柱端板连接火灾下行为的影响 54-56         4.6.1 端板厚度对内缩式梁柱端板连接耐火性能影响 54-55       &#

18、160; 4.6.2 端板厚度对内缩式梁柱端板连接破坏模式的影响 55-56     4.7 轴向约束对内缩式梁柱端板连接火灾下行为的影响 56-58     4.8 本章小结 58-59 第五章 内缩式端板组合节点非线性有限元分析 59-64     5.1 前言 59     5.2 选取单元类型介绍 59-60     5.3 有限元模型 60-61     5.4 温度场分析 61-62  

19、0;  5.5 结构分析 62-63     5.6 本章小结 63-64 第六章 柔性剪力板连接非线性有限元分析 64-82     6.1 引言 64     6.2 有限元模型建立 64-65     6.3 剪力板连接瞬态温度场分析 65-67         6.3.1 标准升温曲线介绍 65-66         6

20、.3.2 温度场模拟结果分析 66-67     6.4 剪力板连接结果分析 67-77         6.4.1 模型验证 67-68         6.4.2 破坏形态描述与分析 68-75             6.4.2.1 剪力板与腹板孔的挤压及螺栓受剪切 69-71    

21、;         6.4.2.2 下翼缘端部屈曲 71-72             6.4.2.3 腹板屈曲 72-74             6.4.2.4 扭转失稳 74-75         6.4.3 破坏阶段分析

22、75-77     6.5 连接抗火性能各影响因素分析 77-81         6.5.1 荷载类型对连接抗火性能的影响 77-78         6.5.2 荷载率对连接抗火性能影响 78-79         6.5.3 支承加劲肋厚度对连接抗火性能影响 79-80        

23、; 6.5.4 剪力板和腹板厚度对连接抗火性能影响 80-81     6.6 本章小结 81-82 第七章 总结与展望 82-84     7.1 总结 82-83         7.1.1 内缩式端板连接非线性有限元分析方面 82-83         7.1.2 柔性剪力板连接非线性有限元分析 83     7.2 有待于进一步研究的问题 83-84 参考文献

24、 84-88         4.6.2 端板厚度对内缩式梁柱端板连接破坏模式的影响 55-56     4.7 轴向约束对内缩式梁柱端板连接火灾下行为的影响 56-58     4.8 本章小结 58-59 第五章 内缩式端板组合节点非线性有限元分析 59-64     5.1 前言 59     5.2 选取单元类型介绍 59-60     5.3 有限元模型 60-61

25、    5.4 温度场分析 61-62     5.5 结构分析 62-63     5.6 本章小结 63-64 第六章 柔性剪力板连接非线性有限元分析 64-82     6.1 引言 64     6.2 有限元模型建立 64-65     6.3 剪力板连接瞬态温度场分析 65-67         6.3.1 标准升温曲线介绍 65-66

26、         6.3.2 温度场模拟结果分析 66-67     6.4 剪力板连接结果分析 67-77         6.4.1 模型验证 67-68         6.4.2 破坏形态描述与分析 68-75             6.4

27、.2.1 剪力板与腹板孔的挤压及螺栓受剪切 69-71             6.4.2.2 下翼缘端部屈曲 71-72             6.4.2.3 腹板屈曲 72-74             6.4.2.4 扭转失稳 74-75   

28、;      6.4.3 破坏阶段分析 75-77     6.5 连接抗火性能各影响因素分析 77-81         6.5.1 荷载类型对连接抗火性能的影响 77-78         6.5.2 荷载率对连接抗火性能影响 78-79         6.5.3 支承加劲肋厚度对连接抗火性能影响 79

29、-80         6.5.4 剪力板和腹板厚度对连接抗火性能影响 80-81     6.6 本章小结 81-82 第七章 总结与展望 82-84     7.1 总结 82-83         7.1.1 内缩式端板连接非线性有限元分析方面 82-83         7.1.2 柔性剪力板连接非线性有限元分析 83

30、    7.2 有待于进一步研究的问题 83-84 参考文献 84-88         4.6.2 端板厚度对内缩式梁柱端板连接破坏模式的影响 55-56     4.7 轴向约束对内缩式梁柱端板连接火灾下行为的影响 56-58     4.8 本章小结 58-59 第五章 内缩式端板组合节点非线性有限元分析 59-64     5.1 前言 59     5.2 选取单元类

31、型介绍 59-60     5.3 有限元模型 60-61     5.4 温度场分析 61-62     5.5 结构分析 62-63     5.6 本章小结 63-64 第六章 柔性剪力板连接非线性有限元分析 64-82     6.1 引言 64     6.2 有限元模型建立 64-65     6.3 剪力板连接瞬态温度场分析 65-67    

32、     6.3.1 标准升温曲线介绍 65-66         6.3.2 温度场模拟结果分析 66-67     6.4 剪力板连接结果分析 67-77         6.4.1 模型验证 67-68         6.4.2 破坏形态描述与分析 68-75     &

33、#160;       6.4.2.1 剪力板与腹板孔的挤压及螺栓受剪切 69-71             6.4.2.2 下翼缘端部屈曲 71-72             6.4.2.3 腹板屈曲 72-74         

34、0;   6.4.2.4 扭转失稳 74-75         6.4.3 破坏阶段分析 75-77     6.5 连接抗火性能各影响因素分析 77-81         6.5.1 荷载类型对连接抗火性能的影响 77-78         6.5.2 荷载率对连接抗火性能影响 78-79     

35、;    6.5.3 支承加劲肋厚度对连接抗火性能影响 79-80         6.5.4 剪力板和腹板厚度对连接抗火性能影响 80-81     6.6 本章小结 81-82 第七章 总结与展望 82-84     7.1 总结 82-83         7.1.1 内缩式端板连接非线性有限元分析方面 82-83     

36、;    7.1.2 柔性剪力板连接非线性有限元分析 83     7.2 有待于进一步研究的问题 83-84 参考文献 84-88         4.6.2 端板厚度对内缩式梁柱端板连接破坏模式的影响 55-56     4.7 轴向约束对内缩式梁柱端板连接火灾下行为的影响 56-58     4.8 本章小结 58-59 第五章 内缩式端板组合节点非线性有限元分析 59-64   

37、  5.1 前言 59     5.2 选取单元类型介绍 59-60     5.3 有限元模型 60-61     5.4 温度场分析 61-62     5.5 结构分析 62-63     5.6 本章小结 63-64 第六章 柔性剪力板连接非线性有限元分析 64-82     6.1 引言 64     6.2 有限元模型建立 64-65   

38、60; 6.3 剪力板连接瞬态温度场分析 65-67         6.3.1 标准升温曲线介绍 65-66         6.3.2 温度场模拟结果分析 66-67     6.4 剪力板连接结果分析 67-77         6.4.1 模型验证 67-68         6.

39、4.2 破坏形态描述与分析 68-75             6.4.2.1 剪力板与腹板孔的挤压及螺栓受剪切 69-71             6.4.2.2 下翼缘端部屈曲 71-72             6.4.2.3 腹板屈曲 72-74  &

40、#160;          6.4.2.4 扭转失稳 74-75         6.4.3 破坏阶段分析 75-77     6.5 连接抗火性能各影响因素分析 77-81         6.5.1 荷载类型对连接抗火性能的影响 77-78         6.5

41、.2 荷载率对连接抗火性能影响 78-79         6.5.3 支承加劲肋厚度对连接抗火性能影响 79-80         6.5.4 剪力板和腹板厚度对连接抗火性能影响 80-81     6.6 本章小结 81-82 第七章 总结与展望 82-84     7.1 总结 82-83         7.1.1 内缩

42、式端板连接非线性有限元分析方面 82-83         7.1.2 柔性剪力板连接非线性有限元分析 83     7.2 有待于进一步研究的问题 83-84 参考文献 84-88         4.6.2 端板厚度对内缩式梁柱端板连接破坏模式的影响 55-56     4.7 轴向约束对内缩式梁柱端板连接火灾下行为的影响 56-58     4.8 本章小结 58-59 第五章 内缩式端板组合节点非线性有限元分析 59-64     5.1 前言 59     5.2 选取单元类型介绍 59-60     5.3 有限元模型 60-61     5.4 温度场分析 61-62     5.5 结构分析 62-63     5.6 本章小结 63-64 第六章 柔性剪力板连接非线性有限元分析 6