由一系列钢管节点组成的钢管结构具有轻巧美观、用钢量省、力学性能好、防腐性能好、造型简捷等优点，其在大跨公共建筑、海洋平台和高耸结构中得到了广泛的应用。学者们已经对钢管节点的静力承载力、疲劳性能、动力性能等方面展开了深入研究，然而钢结构的耐火性能并不好，钢材的材性由于温度的升高而显著降低。因此，火灾是钢结构失效的重要隐患，目前对钢管节点的抗火性能研究非常缺乏。本课题首先采用三重塑性绞线原理建立高温下钢管节点承载力模型。通过数学方法建立塑性铰线方程，推导空间屈服线平面投影切向量与空间切向量的夹角，各微刚块绕屈服线的相对转角以及相邻微刚块绕中间屈服线的转角。通过建立高温下的虚功方程，借助数值分析方法，得到高温下钢管节点的极限承载力。其次，开展了一系列相贯圆钢管节点抗火试验。得到了钢管节点试件在火灾下的升温曲线、变形曲线和破坏模式；同时开展了火灾后钢管节点静力强度试验测试，对比了管节点在经历火灾前后的荷载-位移曲线和破坏模式。接着，采用有限元软件ABAQUS中的热力耦合分析模块与子程序二次开发，综合考虑钢材在常温、升温、降温、火灾后的本构关系，构建了可以模拟各类钢管节点火灾全过程力学性能的有限元模型，并利用试验数据，通过对比升温曲线、变形曲线和破坏模式验证了有限元方法的正确性。进而，深入研究了几何参数、热学参数、材料参数与荷载比对相贯圆钢管节点临界温度和耐火极限以及火灾后静力承载能力的影响，探讨了不同的破坏标志准则对钢管节点临界温度和耐火极限以及火灾后极限强度的影响。最后，基于试验测试与有限元模型推导了相贯圆钢管节点临界温度的计算方程，建立了钢管节点火灾后承载力性能评估方法与计算模型，为钢管节点的抗火设计提供参考方法，方便工程实际。

现代空心钢管结构广泛应用于大跨公共建筑、中高层建筑和海洋导管架平台中。对于跨度较大的钢管结构，由火灾引起的温度效应会对屋盖结构产生较大影响；对于高度较大且层数较多的高层钢管结构，某楼层发生的火灾可能波及其他楼层或引起整体结构的局部弱化；而对于以钢管节点为支撑骨架的海洋平台导管架结构，其主要用于开发石油和天然气等易燃物质，火灾更成为一项重大的安全隐患，因此有必要及时开展组成钢管结构的相贯焊接钢管节点的抗火性能研究。本课题拟通过理论分析、试验测试和数值模拟方法，研究钢管节点在火灾下的力学性能和破坏机理。主要内容包括建立基于塑性铰线理论高温下钢管节点承载力模型；研究高温下钢管节点的升温特性、应力变化特征、变形特征和破坏模式；研究端部约束、几何参数和初始荷载对升温过程中钢管节点抗火性能的影响；建立高温下钢管节点有限元模型并提出钢管节点临界温度方程。通过本课题研究，为钢管节点的耐火设计提供参考方法。

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。

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

直接焊接钢管结构以其优越的受力性能在大型复杂空间结构中得到了广泛应用，但因直接相贯节点处交汇钢管的数量、角度、截面形状与尺寸的不同，导致相贯线处连接焊缝的受力非常复杂，加上焊接缺陷的影响，极易造成突发性的、危害大的脆性断裂，严重影响结构的安全性和耐久性。目前国内外对钢管相贯节点连接焊缝的研究还未形成理论体系，研究仅限于焊接工艺等局部领域，对其脆性断裂的力学机理和工程设计方法几无涉及。本项目对不同类型的钢管相贯节点连接焊缝的受力机理与断裂行为进行试验研究和理论分析，主要从三种类型节点着手：X形钢管连接节点、钢管折线形节点及N形方圆钢管相贯节点。重点研究了复杂受力状态下连接焊缝的应力分布规律、极值应力点位置的确定，应力集中系数，裂纹尺寸，断裂韧性，焊缝缺陷时应力强度因子增加规律，几何参数变化热点应力的变化规律，支管弦管上的应力沿轴向的分布规律。得出了节点域附近在荷载作用的变形情况，分析了其刚度特征。提出了考虑焊缝影响的承载力计算公式以及连接焊缝脆性断裂的计算模型，进而提出了防止其断裂的设计方法和技术措施，为完善这类节点的设计理论提供了可靠依据。 2100433B