薄壁圆钢管混凝土相贯节点力学性能和工作机理研究

为解决薄壁圆钢管混凝土相贯节点在工程应用中所面临的缺少相应的试验和理论研究基础的问题，本项目展开了对薄壁圆钢管混凝土相贯节点的力学性能和工作机理研究。通过加载试验，探明T,Y ,K与KT 型节点受轴力和T型节点受弯矩作用下的力学性能和破坏模式；基于试验结果，建立节点的有限元数值模型；结合试验结果和数值模型细部分析结果，探讨不同类型节点的内部工作机理，建立相应的理论力学模型，进而提出薄壁圆钢管混凝土相贯节点在正常使用状态和极限破坏状态下的系统设计方法。核心研究成果发表于Journal of Structural Engineering-ASCE与 建筑结构学报，填补了国内外在这方面的研究空白。研究成果使得对于钢管混凝土相贯节点的设计可以考虑内部混凝土的作用，从而大幅减少对于加劲肋的需要，节省了钢材和焊接工作量。研究成果应用于舟山、乐清和六横6座大跨越钢管混凝土输电塔工程节点设计中，节省工程造价每座约300万元。 2100433B

为解决薄壁圆钢管混凝土相贯节点在工程应用中所面临的缺少相应的试验和理论研究基础的问题，本项目拟对薄壁圆钢管混凝土相贯节点进行力学性能和工作机理的研究。通过加载试验，探明T,Y和K型节点分别受轴力和弯矩作用下的力学性能和破坏模式；基于试验结果，建立节点的有限元数值模型，分析几何尺寸参数与材料性能参数对节点性能的影响，探索其内在规律；结合试验结果和数值模型细部分析结果，探讨不同类型节点的内部工作机理，建立相应的理论力学模型，进而提出薄壁圆钢管混凝土相贯节点在正常使用状态和极限破坏状态下的系统设计方法。研究成果不仅能为薄壁圆钢管混凝土相贯节点的工程应用提供科学依据，还能有效的促进薄壁钢管混凝土格构式这种新型结构的推广应用，同时也是对钢混组合结构设计理论体系的完善和发展。

随着现代工程大跨、重载的发展趋势，大型钢管混凝土桁架式和格构式结构不断出现，这类结构的节点多为圆钢管混凝土相贯节点，且因为主管的径厚比很大而为薄壁节点。为解决薄壁圆钢管混凝土相贯节点所面临的缺少动力性能试验和理论研究基础的问题，本课题拟通过试验研究和精细化有限元模拟，研究薄壁圆钢管混凝土相贯节点在低周反复荷载作用下的受力机理、破坏模式、滞回性能和恢复力模型；揭示荷载类型、几何参数、材料参数和主管轴力的影响规律，对比平面节点探明空间节点的空间效应；基于力学模型建立不同破坏模式下平面节点的承载力公式，进而建立考虑空间效应的空间节点承载力公式；通过探明不同破坏模式下节点的耗能机制，最终提出基于耗能机制的节点抗震设计方法。研究成果不仅可为薄壁圆钢管混凝土相贯节点的工程设计提供科学依据，还能有效的促进薄壁钢管混凝土桁架式和格构式结构的推广应用，同时也是对钢-混组合结构设计理论体系的完善和发展。

随着现代工程大跨、重载的发展趋势，大型钢管混凝土桁架式和格构式结构不断出现，这类结构的节点多为圆钢管混凝土相贯节点，且因为主管的径厚比很大而为薄壁节点。为解决薄壁圆钢管混凝土相贯节点所面临的缺少研究基础的问题，本项目结合试验和有限元参数分析对其动力性能进行了系统的研究。揭示了薄壁圆钢管混凝土相贯节点的破坏模式，探明了荷载类型、主管径厚比、主支管壁厚比对节点的破坏模式和极限承载能力的影响规律。揭示了薄壁圆钢管混凝土相贯节点的承载效率和其影响因素。探明了薄壁圆钢管混凝土相贯节点的耗能机制，在此基础上，提出了基于耗能机制的抗震设计方法。探明了荷载类型、几何参数和主管轴压比对圆钢管混凝土平面相贯节点应力集中系数的影响，基于强度等效的原则，提出了改进的应力集中系数计算公式，公式计算结果和试验结果吻合较好。对比平面节点，探明了空间效应对薄壁圆钢管混凝土空间相贯节点应力集中系数、承载力和破坏模式的影响，提出了薄壁圆钢管混凝土空间相贯节点承载力计算公式。研究成果不仅可为薄壁圆钢管混凝土相贯节点的工程设计提供科学依据，还能有效的促进薄壁钢管混凝土桁架式和格构式结构的推广应用，同时也是对钢-混组合结构设计理论体系的完善和发展。 2100433B

本项目以圆钢管自应力钢渣混凝土柱为研究对象，采用试验研究、理论分析与数值模拟相结合方法，研究圆钢管自应力钢渣混凝土的膨胀性能，分析钢管约束下钢渣混凝土的自应力发展特点，揭示圆钢管钢渣混凝土的膨胀机理，提出圆钢管钢渣混凝土自应力的计算方法。研究静力荷载作用下圆钢管自应力钢渣混凝土柱承载性能与破坏机理，提出轴压和偏压荷载作用下圆钢管钢渣混凝土柱承载力、刚度、变形、荷载-位移关系的计算方法，建立圆钢管钢渣混凝土柱的应力-应变关系模型。研究低周反复荷载作用下圆钢管自应力钢渣混凝土柱破坏形态、受力机理和耗能机制，分析各因素对构件动力特性与抗震性能的影响规律，提出圆钢管自应力钢渣混凝土柱承载力、刚度退化、轴压比限值和延性系数的计算方法，建立圆钢管自应力钢渣混凝土柱的恢复力模型。本项目研究为钢管钢渣混凝土柱的设计以及在土木工程中的应用奠定基础，同时促进固体废弃物的再利用，具有重要的理论意义与现实意义。