鋼結構焊縫連線節點火災後受力性能研究

《鋼結構焊縫連線節點火災後受力性能研究》是依託上海師範大學，由朱美春擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鋼結構焊縫連線節點火災後受力性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：朱美春
• 依託單位：上海師範大學

項目摘要

鋼結構在火災中很容易受到損壞，但隨著主動和被動防火技術的進步，絕大多數火災並未造成鋼結構的根本性破壞，因此開展鋼結構火災後安全性鑑定，及時進行修復加固意義重大。焊縫連線是現代鋼結構最主要的連線方法，作為鋼結構的基本組成部分和火災下的薄弱環節，其火災後受力性能對整個結構災後承載安全至關重要，但目前國內外相關研究極少。本項目擬採用足尺試驗、有限元理論和溫度增量疊代分析法相結合的方法系統地研究焊縫連線節點火災後受力性能：首先進行焊縫火災後的力學性能試驗，建立對接焊縫和角焊縫強度、彈性模量與過火溫度之間的數學模型；隨後開展鋼結構全焊、栓焊節點試驗，確定高溫過火對節點承載力、剛度、變形、滯回特性的影響規律；利用試驗結果對有限元模型進行驗證，再利用改進的有限元模型進行系統的參數分析；最後通過基於極限平衡狀態的溫度增量疊代法建立節點承載力的簡化計算方法，為鋼結構火災後安全性鑑定、加固修復提供科學依據。

結題摘要

焊縫連線是現代鋼結構最主要的連線方法，其火災後受力性能對整個結構災後承載安全至關重要。對Q345鋼材對接焊縫、正面角焊縫、側面角焊縫及典型鋼結構焊接節點火災後受力性能進行研究分析，得出以下結論：高溫過火對對接焊縫的強度和變形有顯著影響，常溫下發生母材斷裂的對接焊縫連線試件在過火溫度超過500℃以後發生焊縫處斷裂，試件極限強度和極限變形最大降低幅度分別為20%和50%；在火災後鑑定評估時應考慮對接焊縫強度的折減，建議折減幅度不小於20%。高溫過火對正面角焊縫和側面角焊縫強度有顯著影響，其極限強度最大降低幅度分別為40%和25%，但是常溫下發生母材斷裂的正面及側面角焊縫連線試件高溫過火後仍未出現角焊縫處斷裂，原因是現行規範中角焊縫強度設計值取值偏低，角焊縫處安全儲備很高。高溫過火對高強度螺栓摩擦型連線抗滑移係數及螺栓預拉力具有顯著影響，其中抗滑移係數隨過火溫度升高而增大，螺栓預拉力隨過火溫度升高而降低。當過火溫度不超過400℃（或偏於保守取300℃）時，抗滑移係數的增大可以彌補螺栓預拉力的降低，從而無需更換螺栓。樑柱全焊節點火災後靜力試驗結果表明，常溫下發生梁受壓翼緣屈服破壞的試件，高溫冷卻大於等於500℃後出現梁受拉翼緣處對接焊縫破壞，且承載力最大降低幅度約為20%，與對接焊縫連線拉伸試樣結論一致。樑柱全焊節點火災後低周反覆試驗結果表明，節點常溫下及高溫過火後均發生梁翼緣處對接焊縫破壞，由此可知無論是常溫下還是火災後對接焊縫都是樑柱全焊節點在地震作用下的薄弱環節；在柱子的軸壓力水平保持不變的情況下，高溫過火後節點的延性及耗能能力有所提高，梁端承載力在過火溫度為700℃時下降20%，其他溫度點略有下降。對於梁翼緣處採用對接焊縫連線，梁腹板與承剪板用摩擦型高強螺栓連線的栓焊混合連線節點，當過火溫度不超過400℃時，對接焊縫及高強度螺栓的抗滑移承載力均無顯著降低，可認為節點的火災後承載力與未過火試件相同；當過火溫度超過400℃時，高強度螺栓的抗滑移承載力迅速降低，成為栓焊節點中的薄弱環節，如需繼續使用建議更換螺栓。目前依託本項目已發表論文5篇，培養研究生1名。本項目研究成果為鋼結構焊縫連線節點火災後安全性評估提供了基礎數據和科學依據，具有重要的理論意義和實用價值。