1、結(jié)構(gòu)在火災(zāi)后是否可以繼續(xù)使用和救援人員在滅火后進行火災(zāi)現(xiàn)場救援時的安全性都取決于火災(zāi)后結(jié)構(gòu)的性能。鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點連接性能的變化具有影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力重新分布的作用，對整個結(jié)構(gòu)的受力與安全性具有重大的影響，一旦連接發(fā)生破壞，結(jié)構(gòu)構(gòu)件再強也不能發(fā)揮作用。所以，對鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點在火災(zāi)作用后的力學(xué)性能進行深入研究至關(guān)重要。 由于火災(zāi)的作用，鋼結(jié)構(gòu)材料強度的下降和單個鋼構(gòu)件剛度的下降必然導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)力重新分配。所以，在火災(zāi)作用后，準(zhǔn)確確定鋼結(jié)構(gòu)材料性能是

2、正確評定鋼結(jié)構(gòu)的剩余承載力及其整體安全性的必要步驟。 本文主要針對建筑鋼結(jié)構(gòu)工程中廣泛應(yīng)用的梁柱栓焊連接節(jié)點和高強度螺栓連接在火災(zāi)中及火災(zāi)后的行為進行研究，具體包括以下工作： 1)介紹了建筑火災(zāi)的巨大危害，綜述了國內(nèi)外抗火研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)，并詳細(xì)分析了國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)栓焊連接節(jié)點及其組件在常溫下、火災(zāi)高溫下及火災(zāi)后的研究現(xiàn)狀，指出了研究中尚存在的問題。 2)在收集、整理國內(nèi)外建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼和高強螺栓用鋼的高溫材性試

3、驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，分析了各種鋼材高溫下材料性能的數(shù)學(xué)模型，并選定本文有限元分析所用數(shù)學(xué)模型。 3)參考一個實際高層建筑鋼結(jié)構(gòu)中的梁柱栓焊連接節(jié)點及相連桿件的實際尺寸和受力情況，設(shè)計一個足尺試驗?zāi)Ｐ?，并對四個足尺栓焊連接節(jié)點及構(gòu)件模擬了火災(zāi)過程及消防滅火過程，進行試驗研究。通過對其火災(zāi)前與火災(zāi)后若干材料性能試驗結(jié)果的分析比較，得到了火災(zāi)后鋼構(gòu)件母材化學(xué)成分、顯微金相組織和力學(xué)性能的變化規(guī)律，以及可供工程實際參考應(yīng)用的火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)材料

4、性能的相關(guān)結(jié)論。本試驗也為驗證本文栓焊連接節(jié)點有限元分析模擬的精確度提供了依據(jù)。 4)采用ABAQUS非線性有限元程序，建立了鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊連接節(jié)點分析模型，模擬火災(zāi)升溫及降溫的試驗過程，考慮材料非線性、幾何非線性以及模型各組件間的接觸關(guān)系，分析了火災(zāi)中及火災(zāi)后降溫過程中模型各組件的應(yīng)力、應(yīng)變、變形、梁的撓度和節(jié)點轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律。為驗證有限元分析方法的精確度，本文將ABAQUS有限元模擬得到的梁撓度和節(jié)點轉(zhuǎn)角與火災(zāi)試驗得到的鋼梁

5、的撓度和節(jié)點轉(zhuǎn)角數(shù)值進行比較，并分析了兩者間出現(xiàn)誤差的原因。 5)常溫下，鋼結(jié)構(gòu)栓焊連接節(jié)點一般被視為“剛接”，但在火災(zāi)時以及火災(zāi)后，由于鋼材材性的變化，節(jié)點性能將發(fā)生變化，由此可能引起節(jié)點連接剛度的變化。國內(nèi)外學(xué)者對此尚無深入研究，本文引用“組件法”對此進行了初步分析和探索，并分別推出了栓焊連接節(jié)點在正、負(fù)彎矩作用下的轉(zhuǎn)角及初始轉(zhuǎn)動剛度的計算方法。與有限元模擬結(jié)果的比較分析表明，采用組件法計算栓焊連接節(jié)點的轉(zhuǎn)角及初始轉(zhuǎn)動剛度的

6、方法是簡單而有效的，本文對于連接組件剛度貢獻的選取是合理的，推出的計算公式可以比較準(zhǔn)確地計算火災(zāi)下連接的初始轉(zhuǎn)動剛度和轉(zhuǎn)角。本文推出的栓焊連接節(jié)點轉(zhuǎn)角及初始轉(zhuǎn)動剛度的計算公式同樣適用于常溫下的栓焊連接節(jié)點，只需取常溫下的鋼材材性參數(shù)即可。 6)提出了用于評定栓焊節(jié)點連接的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生火災(zāi)后是否可繼續(xù)使用的簡單方法和步驟。由研究可知，節(jié)點的剩余承載力與節(jié)點的剩余轉(zhuǎn)動剛度成正比，由節(jié)點的剩余轉(zhuǎn)動剛度即可判定火災(zāi)后節(jié)點的剩余承載力，進而

7、判斷該栓焊連接節(jié)點乃至整個鋼結(jié)構(gòu)是否可繼續(xù)使用。 7)對四個足尺高強度螺栓連接進行了模擬自然火災(zāi)試驗，通過對其火災(zāi)前與火災(zāi)后力學(xué)性能試驗結(jié)果的比較，采用最小二乘法，擬合得到了該類節(jié)點火災(zāi)后性能的幾個主要參數(shù)與其所經(jīng)歷的最高火災(zāi)溫度相關(guān)的計算公式。這些參數(shù)包括預(yù)緊力、滑移荷載、螺桿硬度、螺母硬度和墊圈硬度等。 8)采用ABAQUS有限元程序，建立了高強度螺栓連接分析模型，模擬火災(zāi)升溫及降溫的試驗過程，考慮材料非線性、幾何非