直接焊接鋼管結構以其優越的受力性能在大型復雜空間結構中得到了廣泛應用，但因直接相貫節點處交匯鋼管的數量、角度、截面形狀與尺寸的不同，導致相貫線處連接焊縫的受力非常復雜，加上焊接缺陷的影響，極易造成突發性的、危害大的脆性斷裂，嚴重影響結構的安全性和耐久性。目前國內外對鋼管相貫節點連接焊縫的研究還未形成理論體系，研究僅限于焊接工藝等局部領域，對其脆性斷裂的力學機理和工程設計方法幾無涉及。本項目對不同類型的鋼管相貫節點連接焊縫的受力機理與斷裂行為進行試驗研究和理論分析，主要從三種類型節點著手：X形鋼管連接節點、鋼管折線形節點及N形方圓鋼管相貫節點。重點研究了復雜受力狀態下連接焊縫的應力分布規律、極值應力點位置的確定，應力集中系數，裂紋尺寸，斷裂韌性，焊縫缺陷時應力強度因子增加規律，幾何參數變化熱點應力的變化規律，支管弦管上的應力沿軸向的分布規律。得出了節點域附近在荷載作用的變形情況，分析了其剛度特征。提出了考慮焊縫影響的承載力計算公式以及連接焊縫脆性斷裂的計算模型，進而提出了防止其斷裂的設計方法和技術措施，為完善這類節點的設計理論提供了可靠依據。 2100433B

直接焊接鋼管結構以其優越的受力性能在大型復雜空間結構中得到了廣泛應用，但因直接相貫節點處交匯鋼管的數量、角度、截面形狀與尺寸的不同，導致相貫線處連接焊縫的受力非常復雜，加上焊接缺陷的影響，極易造成突發性的、危害大的脆性斷裂，嚴重影響結構的安全性和耐久性。目前國內外對鋼管相貫節點連接焊縫的研究還未形成理論體系，研究僅限于焊接工藝等局部領域，對其脆性斷裂的力學機理和工程設計方法幾無涉及。本項目將對鋼管相貫節點連接焊縫的受力機理與斷裂行為進行試驗研究和理論分析。重點研究復雜受力狀態下連接焊縫的應力分布規律、極值應力點位置的確定，應力集中系數，裂紋尺寸，斷裂韌性，焊縫缺陷時應力強度因子增加規律，幾何參數變化熱點應力的變化規律，支管弦管上的應力集中系數沿軸向的分布規律。提出其連接焊縫脆性斷裂的計算模型，進而提出防止其斷裂的設計方法和技術措施，為完善這類節點的設計理論提供可靠依據。

高強度鋼材能減輕結構自重、節約鋼材，具有良好的社會經濟效益。我國03版《鋼結構設計規范》中規定鋼管相貫節點條文只適用于屈服強度不超過345MPa的材料，而2017年頒布的新版規范借鑒歐洲規范，取消了該限制，但特別指出對高強度鋼管相貫節點的受力性能尚缺乏研究。事實上，高強度鋼材由于其強度提高，塑性降低，屈強比增大，韌性變差而脆性斷裂傾向增大，對焊縫缺陷更為敏感。因此，本項目采用理論分析、試驗研究和數值模擬相結合的方法，從高強度鋼管相貫節點的材料、焊縫和構造細節、節點等三個層面開展逐步深入的研究。積累高強度鋼管的材料及其焊縫力學性能試驗數據，建立預測高強度鋼管相貫節點破壞的兩類模型，并進行典型節點的驗證性試驗，進而進行參數分析，得到了節點材性、連接焊縫、局部構造、幾何參數等對節點性能的影響規律，提出了適用于高強度鋼材、能準確考慮焊縫承載力的鋼管相貫節點設計方法，為完善這類節點的設計理論提供了可靠依據。

高強度鋼材能減輕結構自重、節約鋼材，具有良好的社會經濟效益。我國03版《鋼結構設計規范》中規定鋼管相貫節點條文只適用于屈服強度不超過345MPa的材料，而即將頒布的新版規范借鑒歐洲規范，取消了該限制，但特別指出對高強度鋼管相貫節點的受力性能尚缺乏研究。事實上，高強度鋼材由于其強度提高，塑性降低，屈強比增大，韌性變差而脆性斷裂傾向增大，對焊縫缺陷更為敏感。因此，本項目將采用理論分析、試驗研究和數值模擬相結合的方法，從高強度鋼管相貫節點的材料、焊縫和構造細節、節點等三個層面開展逐步深入的研究。積累高強度鋼管的材料及其焊縫力學性能試驗數據，建立預測高強度鋼管相貫節點破壞的兩類模型，并進行典型節點的驗證性試驗，進而進行參數分析，得到節點材性、連接焊縫、局部構造、幾何參數等對節點性能的影響規律，提出適用于高強度鋼材、能準確考慮焊縫承載力的鋼管相貫節點設計方法，為完善這類節點的設計理論提供提可靠依據。

為解決薄壁圓鋼管混凝土相貫節點在工程應用中所面臨的缺少相應的試驗和理論研究基礎的問題，本項目展開了對薄壁圓鋼管混凝土相貫節點的力學性能和工作機理研究。通過加載試驗，探明T,Y ,K與KT 型節點受軸力和T型節點受彎矩作用下的力學性能和破壞模式；基于試驗結果，建立節點的有限元數值模型；結合試驗結果和數值模型細部分析結果，探討不同類型節點的內部工作機理，建立相應的理論力學模型，進而提出薄壁圓鋼管混凝土相貫節點在正常使用狀態和極限破壞狀態下的系統設計方法。核心研究成果發表于Journal of Structural Engineering-ASCE與 建筑結構學報，填補了國內外在這方面的研究空白。研究成果使得對于鋼管混凝土相貫節點的設計可以考慮內部混凝土的作用，從而大幅減少對于加勁肋的需要，節省了鋼材和焊接工作量。研究成果應用于舟山、樂清和六橫6座大跨越鋼管混凝土輸電塔工程節點設計中，節省工程造價每座約300萬元。 2100433B