新型管板节点的实验研究与极限承载力分析

近来，在候机厅、无线微波通讯塔、运煤廊、栈桥等管桁架结构中，节点处理普遍采用在主管上焊接钢板所形成的管板节点，由于缺乏相关承载力计算依据，工程界只能采用近似相贯焊的计算方法。本项目将研究这类管板节点的受力性能，通过一定数量的足尺结构试验与数值模拟相结合的方法进行管板联结节点的极限承载力研究和破坏机理分析，确定出管板节点承载力的影响参数，进而通过统计分析归纳出各类管板节点承载力的计算公式。研究内容涵盖了纵横向板连接、端头板连接、端部压平连接和开口焊连接方式。本项目研究将采用以有限元数值模拟为主，以足够数量的结构实验为辅的研究方法，形成非线性全过程分析、破环机理分析和极限承载力研究与有限元数值模拟相结合的理论研究体系。

在国家自然科学基金支持下，本项目主要完成了如下几项工作：（1）完成了20组K形管板节点足尺试验，通过试验和有限元分析相结合的方法研究了节点区在纯弯曲和压弯状态下的极限承载力及破坏机理，之后又采用变参数回归分析的方法，提出了实用的K形管板节点承载力计算方法。（2）开发了一种新型空间多向板节点，并针对工程中常用管径提出并验证了螺栓的配置方式和原则，通过精确建模进而分析多向板节点的极限承载能力，提出了单面压扁钢管连接节点板的承载力计算公式。（3）针对空间网架支座节点，引入接触与摩擦理论深入研究了各种支座节点的破坏模式和极限承载能力，进而开发出了一整套涵盖工程常用支座节点的标准图集，加快了工程设计进度，提高了设计精度。上述工作成果全部以软件方式通过V-c编程体现在了主持人的空间管板节点分析与设计软件STADS之中。