高強度螺栓摩擦型連線火災後的受力性能

《高強度螺栓摩擦型連線火災後的受力性能》是依託同濟大學，由樓國彪擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高強度螺栓摩擦型連線火災後的受力性能
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：樓國彪
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

建築火災發生頻繁且對鋼結構危害嚴重，鋼結構因火災倒塌事例不勝枚舉。但總體而言，絕大多數火災並未造成鋼結構根本性破壞，儘快鑑定其火災後安全性，進行加固修復，對於減小災後間接經濟損失意義重大。高強度螺栓連線是鋼結構最普遍套用的連線方式之一，作為鋼結構基本組成部分，其火災後受力性能對整個結構災後承載安全至關重要。但目前國內外對高強度螺栓連線火災後受力性能研究極少。摩擦型連線是最常用的高強度螺栓連線方式，本項目擬採用足尺試驗和有限元理論、基於極限平衡狀態的溫度增量疊代分析法相結合的研究方法系統地研究其火災後受力性能，確定高溫過火對螺栓力學性能、連線螺栓預拉力損失和連線的承載力、剛度、變形、滯回特性的影響規律，建立高強度螺栓過火冷卻後強度、彈性模量與過火溫度之間的數學模型，以及過火冷卻後螺栓預拉力損失、連線抗滑移承載力、連線極限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

建築火災發生頻繁且對鋼結構危害嚴重，但總體而言絕大多數火災並未造成鋼結構根本性破壞，儘快鑑定其火災後安全性，進行加固修復，對於減小災後間接經濟損失意義重大。高強度螺栓連線是鋼結構最普遍套用的連線方式之一，其火災後受力性能對整個結構災後承載安全至關重要，但目前國內外對此問題的研究極為有限。本項目對火災後的高強度螺栓及其連線的受力性能進行了系統的研究。 對高強度螺栓進行了火災後的抗拉、抗剪和洛氏硬度試驗，得到了過火溫度及冷卻方式對應力應變關係曲線、強度、彈性模量、硬度的影響規律，建立了過火溫度—強度—硬度之間的關係。研究表明，過火溫度400~700℃時，延性增大，強度、彈性模量及硬度隨過火溫度升高而有明顯下降；冷卻方式對螺栓性能的影響開始變大；過火溫度超過700℃時，冷卻方式的影響有很大的差別；自然冷卻情況下，延性不斷加大，強度略有回升但幅度不大；潑水冷卻情況下，呈明顯脆性，塑性平台消失，強度大幅回升。 對高強度螺栓摩擦型連線進行了火災後的受力性能試驗，研究了過火溫度、冷卻方式、應力比和螺栓數量等對連線抗滑移承載力、極限承載力以及荷載變形曲線的影響規律。試驗表明，在升溫時不承受外部荷載的情況下，過火溫度400℃時，抗滑移承載力降幅為10~30%，極限承載力降幅不超過10%；過火溫度超過400℃時，抗滑移承載力、極限承載力均開始大幅下降，但極限承載力降幅明顯小於抗滑移承載力；過火溫度700℃時，8.8S和10.9S螺栓連線潑水冷卻後的抗滑移承載力僅為未過火時的18%和10%，極限承載力降至64%和74%。在升溫時承受外部荷載時，火災後連線抗滑移承載力隨應力比增大而下降，且極限承載力降幅較抗滑移承載力小；過火溫度超過400℃、應力比較大時，由於螺栓強度下降及預拉力損失，連線在受火階段就可能發生滑移與破壞。 對火災後摩擦接觸面的抗滑移係數進行了試驗研究。過火溫度200℃時，抗滑移係數變化很小；過火溫度400℃，噴丸、無機富鋅接觸面的抗滑移係數分別增大約38%和13%；過火溫度超過500℃時，抗滑移係數變化趨於穩定，噴丸、無機富鋅接觸面的抗滑移係數分別增大約70%和20%。 在前述試驗研究及分析的基礎上，提出了火災後高強度螺栓的屈服強度、極限強度、硬度以及高強度螺栓摩擦型連線滑移承載力、極限承載力的降低係數與過火溫度的計算公式，為理論分析及火災後檢測、鋼結構安全性評定奠定了基礎