鋼管節(jié)點(diǎn)是指所連接的構(gòu)件中至少有一根為鋼管截面的節(jié)點(diǎn)。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，有相貫節(jié)點(diǎn)、法蘭節(jié)點(diǎn)、框架節(jié)點(diǎn)等。相貫節(jié)點(diǎn)是鋼管結(jié)構(gòu)中最具代表性的節(jié)點(diǎn)形式，主要用于桁架、拱架、塔架和網(wǎng)殼等結(jié)構(gòu)。浙江至德鋼業(yè)有限公司中已對(duì)2002年以前的相貫節(jié)點(diǎn)研究狀況和重要成果進(jìn)行了集中闡述，文中重點(diǎn)評(píng)述了近15年中鋼管相貫節(jié)點(diǎn)研究的新進(jìn)展、基于構(gòu)型和材料的新發(fā)展以及未來(lái)鋼管節(jié)點(diǎn)研究和應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)。

  相貫節(jié)點(diǎn)近15年的研究進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面:傳統(tǒng)型式相貫節(jié)點(diǎn)的靜力性能研究中未被充分關(guān)注和解決的重要問(wèn)題得以解決，為相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的制定和完善提供依據(jù)，相貫節(jié)點(diǎn)高周疲勞設(shè)計(jì)方法和在地震引起的低周循環(huán)荷載作用下的彈塑性滯回性能得以研究，以保障鋼管結(jié)構(gòu)在風(fēng)、浪作用等疲勞控制設(shè)計(jì)場(chǎng)合以及在高地震烈度區(qū)應(yīng)用的安全性，相貫節(jié)點(diǎn)基于構(gòu)型和材料的形式拓展得以提出，滿足現(xiàn)有工程要求和未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)工程應(yīng)用可能性提出的新需求。

  傳統(tǒng)相貫節(jié)點(diǎn)靜力性能研究可概括為承載力和剛度兩個(gè)方面。由于鋼管桁架在實(shí)際工程中的大量應(yīng)用，且在這些結(jié)構(gòu)中與相貫節(jié)點(diǎn)連接的支管主要承受軸力作用，因而其靜力承載力得到廣泛關(guān)注，無(wú)論是圓管節(jié)點(diǎn)還是方矩形管節(jié)點(diǎn)都積累了大量的試驗(yàn)和理論研究成果，并以設(shè)計(jì)指南的形式得以呈現(xiàn)，同時(shí)也構(gòu)成了CIDECT設(shè)計(jì)指南、歐洲鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范以及我國(guó)GB 50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中有關(guān)條文規(guī)定的基礎(chǔ)。此后伴隨著相貫節(jié)點(diǎn)在單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、大跨度重載結(jié)構(gòu)、海洋石油平臺(tái)等大型復(fù)雜工程中的拓展應(yīng)用，研究人員重點(diǎn)圍繞厚壁節(jié)點(diǎn)承載力、搭接節(jié)點(diǎn)軸向承載力、節(jié)點(diǎn)柔性、節(jié)點(diǎn)受彎承載力、節(jié)點(diǎn)延性斷裂與焊縫承載力、加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)與大尺度多支管空間匯交及曲率變化節(jié)點(diǎn)的承載性能等之前未能完全解決的重要問(wèn)題開(kāi)展研究，進(jìn)而在2012年形成了相對(duì)較為完備的設(shè)計(jì)指南第3版和ISO設(shè)計(jì)指南。同期，我國(guó)也基于上述研究成果先后制定了CECS 280:2010《鋼管結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和近期頒布實(shí)施的GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中有關(guān)鋼管連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)規(guī)定。

  厚壁節(jié)點(diǎn)承載力海洋石油鉆井平臺(tái)的主承重構(gòu)件大多采用厚壁圓鋼管(徑厚比2γ＜10)，以保證足夠承載力的同時(shí)減小環(huán)境作用力的影響。然而在2007年之前的設(shè)計(jì)規(guī)程或指南中，以往基于環(huán)模型推導(dǎo)確定的相貫節(jié)點(diǎn)承載力計(jì)算公式的適用范圍均限定為2γ＞20。為此，開(kāi)展了厚壁圓管X形相貫節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)和數(shù)值分析研究，采用塑性極限荷載準(zhǔn)則替代薄壁鋼管節(jié)點(diǎn)適用的Lu限值進(jìn)行極限承載能力評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)β(β為支管與主管的直徑比)較大時(shí)厚壁圓管節(jié)點(diǎn)承載力對(duì)β取值不敏感這一重要結(jié)論，進(jìn)而揭示出該結(jié)論的物理原因是厚壁圓管節(jié)點(diǎn)傳力機(jī)制表現(xiàn)出顯著的膜行為。進(jìn)一步研究了桿件夾角和主管應(yīng)力水平對(duì)厚壁X形節(jié)點(diǎn)的影響，指出當(dāng)β較大且支管與主管的夾角θ較小時(shí)，主管受剪會(huì)降低節(jié)點(diǎn)承載力。此后，相繼研究了邊界條件和主管應(yīng)力對(duì)厚壁K形節(jié)點(diǎn)軸向承載力的影響，進(jìn)而提出了基于塑性極限荷載準(zhǔn)則的節(jié)點(diǎn)承載力預(yù)測(cè)公式。

  根據(jù)相鄰支管在主管相貫面上的相對(duì)位置，多支管相貫節(jié)點(diǎn)可分為間隙節(jié)點(diǎn)與搭接節(jié)點(diǎn)。搭接相貫節(jié)點(diǎn)是一種在鋼管桁架結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的節(jié)點(diǎn)形式，其受力性能與間隙節(jié)點(diǎn)有很大區(qū)別。從施工過(guò)程看，K形搭接節(jié)點(diǎn)中的各桿件先以點(diǎn)焊方式定位后，再沿桿端連續(xù)施焊，因而節(jié)點(diǎn)中貫通支管與主管間的內(nèi)隱蔽部分難以焊接。這是國(guó)內(nèi)外眾多大跨度鋼管結(jié)構(gòu)普遍存在的問(wèn)題。但是內(nèi)隱蔽部分不焊接的搭接節(jié)點(diǎn)極限承載性能在以往尚未有過(guò)系統(tǒng)的研究，相貫線處焊腳尺寸、拉壓支管的搭接順序以及節(jié)點(diǎn)處集中荷載(外力)對(duì)承載力的影響也鮮見(jiàn)系統(tǒng)的研究成果報(bào)道。GB 50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中將支管部分搭接的K形節(jié)點(diǎn)一律視為零間隙節(jié)點(diǎn)來(lái)考慮，不能全面反映搭接率、幾何參數(shù)、內(nèi)隱蔽部分焊接與否、搭接順序和節(jié)點(diǎn)處是否有集中荷載作用等的影響。通過(guò)數(shù)值模擬方法開(kāi)展內(nèi)隱蔽部分不焊接和搭接順序變換對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力的影響研究?；诜蔷€性有限元分析研究了K形圓管搭接節(jié)點(diǎn)的3種破壞模式，識(shí)別了不同破壞模式對(duì)應(yīng)的參數(shù)區(qū)域，指出當(dāng)支管壁厚較大且搭接率較大時(shí)，搭接節(jié)點(diǎn)的受力性能明顯優(yōu)于相應(yīng)的間隙節(jié)點(diǎn)，按規(guī)范承載力公式計(jì)算的結(jié)果比較保守。針對(duì)海洋工程結(jié)構(gòu)中采用的不同搭接率的K形矩管搭接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行研究后提出了設(shè)計(jì)公式。以K形和KT形搭接節(jié)點(diǎn)為對(duì)象進(jìn)行了考慮內(nèi)隱蔽部分焊接與否及其搭接順序的對(duì)比試驗(yàn)研究，指出K形節(jié)點(diǎn)貫通支管受壓時(shí)內(nèi)隱蔽部分焊接與否對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力影響較小;當(dāng)支管與主管的壁厚相對(duì)值變小后，由于傳力不均勻?qū)е碌闹Ч芫植科茐膶⒊蔀橹饕茐哪Ｊ?，而這一因素和所導(dǎo)致的承載力降低在既有的規(guī)范公式中尚未見(jiàn)反映。KT形節(jié)點(diǎn)隱蔽部分未焊接較隱蔽部分焊接的節(jié)點(diǎn)承載力有一定降低;受壓斜支管作為貫通支管較直支管作為貫通支管的承載力略有降低。K形節(jié)點(diǎn)內(nèi)隱蔽部分未焊接對(duì)貫通支管受拉的節(jié)點(diǎn)承載力影響很大，KT形搭接節(jié)點(diǎn)承載力大于相應(yīng)的KT形和N形零間隙節(jié)點(diǎn)承載力。則針對(duì)完全搭接圓管節(jié)點(diǎn)提出了一種統(tǒng)一設(shè)計(jì)方法?；谏虾Ｆ熘揖W(wǎng)球中心的建設(shè)需求，分別以更為復(fù)雜的空間KT形和KK形搭接節(jié)點(diǎn)為對(duì)象進(jìn)行了試驗(yàn)研究和有限元分析，引入空間調(diào)整系數(shù)和腹桿軸力比影響系數(shù)來(lái)考慮空間參數(shù)和各腹桿軸力相對(duì)變化對(duì)平面內(nèi)外均搭接的空間圓管相貫節(jié)點(diǎn)承載力的影響，并提出了規(guī)范計(jì)算公式的修正建議。根據(jù)搭接節(jié)點(diǎn)與間隙節(jié)點(diǎn)控制破壞模式的區(qū)別，提出了適用于搭接節(jié)點(diǎn)的計(jì)算公式;針對(duì)不同施工工藝對(duì)平面內(nèi)外均搭接的圓管空間KK形節(jié)點(diǎn)的靜力性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，重點(diǎn)考察了另外設(shè)置縱向與橫向插板的影響。