《大跨度空间钢管桁架节点力学性能研究》

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项目属于土木工程科学,涉及有钢结构、混凝土结构和组合结构。项目组针对各种形式的钢管和钢管混凝土桁架节点的静动力性能开展了非常系统的科学研究,研究影响钢管桁架节点力学性能的几何特征参数和性能表达参数,构建节点承载力和应力集中系数的参数化模型,并基于考虑半刚性效应的钢管桁架结构整体分析,建立节点承载力和应力集中系数计算公式和设计方法。项目研究历时15年,是5个国家自然科学基金资助课题的结晶,提出了各种类型钢管节点和钢管混凝土节点的承载力计算公式,部分研究成果已经被新版的《钢结构设计标准》中的钢管结构部分所采纳,有力地促进了国内外钢管节点受力性能的研究,其研究成果已经被应用到众多国家重大重点工程上,并取得了较好的社会和经济效益。

主要内容:

1.揭示了多种类型不锈钢管混凝土T和X型方管节点的破坏模式,发现现有设计方法的计算结果过于保守,建议在现有设计方法中应该考虑不锈钢管对钢管节点力学性能的贡献;

2.揭示了方支管-H型钢主管X型和T型节点的受力过程、破坏模式的分布规律以及几何参数的影响,推导出方支管-H型钢主管X型和T型节点的极限承载力计算公式;

3.将连接方式,支、主管外边长比值以及加强板厚度对环口板加强型和垫板加强型方钢管节点静力性能的影响进行了系统研究,最终给出工程设计建议;

4.考察了大曲率主管的圆钢管和圆钢管混凝土节点的轴压承载力、破坏模式、变形能力、相贯区应力发展,分析了主管是否填充混凝土和曲率半径对节点轴压性能的影响,提出主管弯曲的圆钢管节点的轴压承载力建议公式;

5.揭示了鸟嘴型节点的受力性能、破坏模式,提出了支管边长与主管边长之比和连接方式对鸟嘴型节点极限承载力与延性的影响,回归得到了极限承载力计算公式;

6.通过试验与有限元模拟的结果,揭示了大偏心N型圆钢管节点应力集中系数的分布情况,获取了相贯线上的最大SCF值,拟合出节点的应力集中系数的计算公式。

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