高性能建筑结构体系连接节点信息的若干关键科学问题研究

The connection joint information of the structural system has a priority to the structural design. But so for there is no joint information for engineering practice because of the diversity and complexity of the joint..Three main scientific problems are raised to make a breakthrough of joint investigation by this project. First, the force distribution law and deformation mechanism of the panel zone will be studied. The correlation relationship between the components will be built as mathematical model and put in the physical model with clear mechanical concept, more accurate joint constitutive relationship will be obtained. Secondly, based on the non-full-similar connection models and the simulation error of model test, the non-full-similar issues of models will be studied. The proposal plan to systematically study the model error analysis and correction method and finally establish the model design method. At last, the reasonable mathematical statistical joint model would be obtained from the establishment of relevant data method and meta-model analysis method. Analysis on the structure of global stochastic sensitivity and assess the impact of the various components of node performance. Related analysis methods provide the uncertainty engineering field with new research ideas. .The high performance civil engineering structural system will only be truly realized under the circumstances that the above key issues been solved, and the complex constitutive relationship of joints been clarified for the analysis and optimization of the entire structure system.

建筑结构体系中连接节点信息是建筑结构设计的前提，到目前为止，由于问题的复杂性与多样性，还没有一套可以为工程使用的节点信息。.本项目提出节点研究的几个主要科学问题：（1）充分研究节点的内力分布规律和基本变形机理，建立相邻组件的相关关系，将这种相关性以数学模型的方式引入力学概念明确的物理模型中，得出精确的节点本构关系；（2）从节点模型的非完全相似和其所产生的模拟误差入手，探究模型的非完全相似问题，系统地进行模型误差分析和修正方法研究，建立模型设计标准方法；（3）建立相关大数据分析方法和相关元模型分析方法，得到合理的节点模型数理统计模型，对结构进行全局随机灵敏度分析，评估各个组件对节点性能的影响程度，相关分析方法为工程领域的不确定性分析提供新的研究思路。.只有解决了上述关键科学问题，在整个结构体系中，理清新型复杂节点本构关系，进行结构体系的分析与优化设计，才能真正地实现土木工程结构体系的高性能。

多年来，由于钢结构节点缺少明确的节点关键信息和简便计算方法，使得此类结构在计算分析时只能将节点假定为理想的刚接或铰接节点，进而导致钢结构的受力分析准确性差、整体可靠度低以及系统性钢材浪费等问题。因此本项目致力于对建筑结构体系中连接节点信息开展研究，主要从节点组件分析、模型相似性以及节点大数据相关模型三个方面对节点进行研究，开发了“钢结构梁柱节点关键力学性能数据库及其辅助设计软件”。.通过大量节点的试验及有限元分析，分别从连接形式、加载工况、空间效应等方面研究了节点的静力性能、抗震性能及失效机制。根据试验及有限元分析结果，明确了节点受力机制，并提出了拆分节点组件的科学方法。通过对节点组件的受力特性进行分析，提出了基于板壳理论的节点初始转动刚度计算方法。.通过对缩尺模型的非完全相似机理进行研究，基于推导的半刚性连接节点的完全相似条件，明确相似误差的产生及演化机制。通过完美原型与缺陷模型的精细有限元对比分析，标定了四种典型连接的相似误差分布形式，并基于此提取了试验过程的首要相似条件。以四种典型节点的足尺及缩尺模型试验结果为依据，提出一种能够有效预测缩尺模型非完全相似误差的计算方法，并成功对试验结果进行了预测与修正。依据上述提出的非完全相似误差计算方法理论，成功预测并修正了半刚性钢框架的相似误差数值。该方法可进一步推广应用于其他多尺度非完全相似模型的试验。.通过对基于参数相关性的数学模型及智能元模型进行研究，以大数据的相关与独立变换为基本方法，基于nataf模型建立了相关数据与独立数据之间的等效模型；以结构响应为前提建立了与节点实际模型相匹配的数学模型；通过非参数模型建立了高精度的考虑相关关系的节点近似模型；基于Python和Pytorch，并考虑参数之间相关关系，建立了深度学习网络框架。构建了具有相关性的节点结构模型及随机灵敏度和本构模型，该模型还可以解决其他学科多因素相关性的科学问题。