《Emergency Management Science and Technology》：Assessment of the performance of a novel T-Stub-enhanced ConXL moment connection under fire
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本文系统评估了新型T型件增强ConXL（ConXtech? ConXL?）节点在火灾条件下的力学性能。通过参数化分析与有限元模拟，研究证实该节点在高达600°C高温下仍能保持稳定的滞回曲线，实现超过0.04弧度的塑性转动能力，且无塑性铰形成。T型件的加入显著提升了节点的极限强度（600°C时提升1.87倍）和耗能能力，为特殊弯矩框架（SMRF）在火灾及震后极端工况下的安全设计提供了重要理论依据与实践指导。
引言
箱形柱因其优异的抗弯性能和抗扭刚度，被广泛应用于高烈度地震区的特殊抗弯框架（SMRF）中。然而，传统箱形柱内部焊接连续性板难度大、成本高，制约了其工业化应用。ConXtech?公司开发的ConXL?节点系统通过标准化连接组件（包括 collar flange assembly 和 collar corner assembly）有效解决了上述问题，并被ANSI/AISC 358-10标准预认证为特殊弯矩连接。尽管该节点在抗震性能方面表现优异，但其在火灾高温下的力学行为尚未得到系统研究。本文通过有限元参数化分析，首次系统评估了T型件增强型ConXL节点在20°C至600°C温度范围内的力学响应。
材料与方法
研究建立了三种ConXL节点有限元模型：标准型（C-NR-NT）、带削弱梁段（RBS）型（C-R-NT）以及新型T型件增强型（C-NR-T）。模型采用ABAQUS软件构建，使用C3D8R实体单元进行网格划分，接触面设置摩擦系数为0.4。材料本构关系依据AISC标准选取，其中梁柱采用A36钢材（Fy=240 MPa，Fu=370 MPa），高强螺栓依据ASTM A574（Fy=1050 MPa），collar系统采用ASTM A572 Gr50钢材。火灾升温曲线采用ISO 834标准曲线，分析节点在20°C、200°C、400°C和600°C四种温度工况下的循环加载响应。模型通过对比ConXtech公司的试验数据进行了验证，误差控制在10%以内。
结果与讨论
滞回曲线分析表明，所有类型ConXL节点在高温下均呈现饱满的滞回环，无刚度退化或强度骤降现象。即使在600°C高温下，节点仍能实现超过0.04弧度的塑性转动，且未在柱身形成塑性铰，满足特殊弯矩框架的抗震要求。T型件的加入显著改善了节点的力学性能：在20°C、200°C、400°C和600°C时，节点极限强度分别提升至标准节点的1.08、1.11、1.10和1.87倍。尤为重要的是，在600°C高温下，标准节点强度下降约56%，而T型件增强节点仅下降24%，表现出优异的抗火性能。
节点刚度分析显示，温度是影响刚度的主导因素。从室温升至200°C、400°C和600°C时，所有节点模型的弹性刚度分别下降约10%、30%和70%。T型件使节点刚度平均提升13%，而RBS设计会导致刚度降低约4%。能量耗散能力方面，T型件增强节点在高温下表现突出：在400°C时其耗能能力为标准节点的1.60倍，表明T型件通过塑性变形有效吸收了地震输入能量。
屈服机制分析通过von Mises应力云图揭示，T型件成功将塑性铰外移至远离柱面的梁端区域，避免了节点核心区的过早屈服。即使在600°C高温下，collar系统仍保持弹性状态，螺栓虽发生屈服但未断裂，证明了连接系统的可靠性。
结论
本研究通过系统的参数化分析和有限元模拟，证实T型件增强型ConXL节点在高温条件下具有卓越的力学性能。该节点在600°C高温下仍能保持0.04弧度以上的转动能力，且强度衰减显著低于传统节点。T型件通过优化塑性铰分布机制，提升了节点的强度、刚度和耗能能力，特别是在400-600°C高温区间表现尤为突出。研究提出的强度预测公式（公式3-5）为工程实践提供了设计依据，为钢结构建筑在极端火灾条件下的安全性能提升提供了重要技术支撑。建议后续研究重点关注T型件增强方案的经济性分析及其在双向地震作用下的性能表现。
