钢管混凝土桁架节点力学性能与设计方法研究

钢管（圆管和方矩管）混凝土是大跨度桥梁、桁架结构中应用的构件型式。本项目以相贯式钢管混凝土桁架节点为对象，以实验和有限元分析为主要手段，研究影响钢管混凝土桁架节点刚度的几何特征参数和性能表达参数，构建节点刚度的参数化模型，并基于考虑半刚性效应的钢管混凝土桁架结构整体分析，建立可供工程设计应用的节点刚度计算公式。针对若干种几何型式节点，在建筑结构中引入计及弯矩作用的极限承载力公式。研究钢管混凝土桁架节点在地震荷载作用下的失效机理和滞回性能，构建节点滞回模型；提出考虑节点刚度的钢管混凝土桁架节点设计方法。本项目对相贯式钢管混凝土桁架节点滞回性能的研究以及基于结构整体性能的刚度评定准则和设计指南的建立，是本领域中新的探索。

以相贯式钢管混凝土桁架节点为对象，研究影响节点极限承载力的几何特征参数和性能表达参数，构建节点极限承载力的参数化模型，建立可供工程设计应用的节点极限承载力计算公式；针对建筑结构中节点的几何型式与参数范围建立弹性和非弹性两阶段刚度公式；根据节点半刚性特点提出多种荷载工况下的极限承载力相关公式；将考虑节点刚度和承载力特性的计算模块引入钢管混凝土桁架结构静力计算和非线性数值分析中，基于结构整体行为提出考虑节点刚度的钢管混凝土桁架节点设计建议。在研究和确定典型结构体系和典型节点形式的基础上，通过较为精细的工程尺度试件实验和经过评估的有限元模型分析，对典型的相贯式钢管混凝土桁架节点进行弹性-非弹性阶段的刚度、承载力以及滞回特性的研究。将节点性能的研究与结构整体行为的分析紧密联系，主要通过计算分析的手段进行评价。从机理性解释和工程计算方法两方面分析钢管混凝土桁架结构整体性能。在基于性能的结构抗震设计理论指导下，根据大跨度钢管混凝土桁架结构的性能控制水准，得到与之相应的节点极限状态和变形控制目标。通过理论推导和有限元参数分析等手段建立各极限状态的钢管混凝土桁架节点承载力计算公式。以优化理论为基础研究节点承载效率与性能设计的相互关系，基于结构整体行为提出考虑节点刚度的钢管混凝土桁架节点设计建议。以该项目为依托在《建筑结构学报》、《土木工程学报》、《工程力学》等权威学术刊物上发表相关期刊论文11篇且全部被EI收录，完成56万字专著《典型油气管道跨越结构和节点力学性能与设计》一部，培养硕士研究生13名。