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本文在湖南省自然科学基金项目的资助下,对一种新型结构——矩形钢管混凝土桁架的节点受力性能进行了研究,研究成果为我国《矩形钢管混凝土结构技术规程》中矩形钢管混凝土桁架设计条文的制定提供依据,从理论和实用两个方面解决了矩形钢管混凝土桁架结构的关键技术难题。主要研究工作如下: 作为国内的首次试验,共完成了37个节点试验,其中包括30个矩形钢管混凝土桁架T、Y、X、K节点和7个矩形钢管Y、X、K型节点承载力试验研究。通过对比试验,得到了填充混凝土、节点几何尺寸等参数对节点受力性能的影响规律。根据试验结果,建立了适用于矩形钢管混凝土桁架受压节点承载力计算的矩形钢管混凝土横向局部承压强度计算的简化模型。简化模型考虑了钢管参与工作,管内混凝土局部承压强度计算方法与我国混凝土结构设计规范保持一致。 建立了矩形钢管混凝土桁架节点非线性有限元分析模型。有限元模型中钢管、管内混凝土和钢管与混凝土界面分别采用壳单元、三维实体单元和接触单元;钢管和混凝土采用弹塑性本构模型,接触面采用库仑摩擦定律的本构关系。非线性有限元模型计算结果与试验结果吻合良好。 基于试验研究和非线性有限元数值计算,通过对矩形钢管混凝土桁架节点各种可能破坏模式的分析,提出了矩形钢管混凝土桁架节点承载力计算的破坏模式和相应计算公式:①T、Y、X型受压节点和K型受压支管节点承载力按横向局部承压破坏模式进行计算。②T、Y、X型受拉节点支主管宽度比β<0.7时,按屈服线破坏模式计算;β70.7按冲剪破坏和有效宽度破坏模式计算,取较小值。③给出了矩形钢管混凝土K型节点的间隙判断公式,间隙较大时按T、Y型节点计算;间隙较小时受拉支管节点承载力按冲剪破坏和有效宽度破坏模式计算,取较小值。④对于矩形钢管混凝土桁架受弯节点承载力可按支管受拉翼缘有效宽度破坏模式计算。最后,给出了矩形钢管混凝土桁架节点构造的要求。提出的矩形钢管混凝土桁架节点承载力计算公式物理概念清晰、简单实用,计算结果与本次试验结果、Packer试验结果和非线性有限元计算结果均吻合良好。