基于结构整体行为的钢管节点非刚性性能

钢管（圆管和方矩管）是大跨度公共建筑、中高层建筑中广泛应用的构件型式。本项目以相贯式和贯通式两类钢管非刚性节点为对象，以试验和有限元分析为主要手段，研究影响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结构整体分析，建立可供工程设计应用的非刚性节点刚度判定准则。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承载力公式。研究钢管非刚性节点在地震荷载

无缝桥取消了伸缩装置，使用性能好，维护费用少，是一种可持续性发展的桥梁，在我国正逐渐推广应用。无缝桥桥台及梁端节点受力复杂，是影响无缝桥全桥受力性能的关键。本项目提出一种适用于混凝土桩基桥台无缝桥的半刚性节点。通过开展节点试验研究和全桥振动台阵试验研究，并结合有限元进行拓展分析，研究采用半刚性节点的无缝桥受力性能。探明半刚性节点受力机理、传力模式和滞回性能，提出半刚性节点刚度计算方法；掌握全桥地震响应特性、破坏模式、内力分布规律与传递机制；提出采用半刚性节点进行桥梁无缝化改造计算方法和设计建议。本研究可为实际工程应用推广奠定理论基础，推动既有桥梁无缝化改造技术的进步，为无伸缩缝桥梁规范的制定提供参考与借鉴。项目对促进我国桥梁可持续发展具有重要的社会意义和应用价值。

弦支结构是用刚性结构层取代张拉整体上弦网格而得到的新型杂交结构体系。以圆形平面的弦支穹顶结构为主，对包括适用于矩瑚等各种平面的弦支结构体系进行找形分析、预应力优化、极限承载力计算、抗震性能分析及静动力稳定的理论分析，在节点试验、模型试验及中试工程研究基础上，提出设计理论、节点构造和施工方法，为应用高效结构体系奠定基础。 2100433B

无缝桥桥台及梁端节点受力复杂，是影响无缝桥全桥受力性能的关键。本项目提出一种半刚性节点，节点构造由包裹着橡胶套的钢棒、橡胶垫和混凝土组成，橡胶套与橡胶垫能够发挥自身材料特性，替代伸缩缝适应桥梁变形，同时取消墩上支座布置，既提高桥梁耐久性，又可减少桥梁后期养护费用。为了解半刚性节点传力机理和刚度计算方法，以及采用半刚性节点的无缝桥受力性能，开展考虑不同构造参数的15个半刚性节点足尺模型试验研究和采用墩梁半刚性连接的1:2缩尺模型振动台三台阵试验研究，并结合有限元进行拓展分析。结果表明，半刚性节点能很好地利用钢棒的弯曲能力和橡胶套的压缩能力，影响半刚性节点剪切刚度的主要参数为钢棒直径、橡胶套厚度；影响半刚性节点抗弯刚度的主要参数为钢棒直径、钢棒根数和橡胶套厚度。建立了考虑不同钢棒直径、不同橡胶套厚度的双参数节点剪切刚度和抗弯刚度计算公式，能较准确地计算半刚性连接节点的刚度。地震模拟振动台试验结果表明，采用半刚性节点的无缝桥在台顶位置的响应均大于墩顶位置的响应，墩梁半刚性节点可以消耗地震波输入结构的能量，对整体桥的抗震起到积极作用。单向地震作用下加速度峰值和位移峰值与双向地震作用下的数值变化不超过1%和3%，在地震计算过程中可以对纵桥向和横桥向地震作用进行单独分析。比较墩梁固结整体桥、墩梁半刚接整体桥和墩梁设支座整体桥三个不同结构体系的地震响应特性，在相同地震力作用下，墩梁半刚接整体桥受力最合理。本项目研究结果可用于指导采用半刚性节点的无缝桥设计，可为实际工程应用推广奠定理论基础，丰富我国无缝桥的结构型式，对我国桥梁可持续发展做出贡献。 2100433B