1.3 直接焊接连接节点的发展

钢结构具有轻质高强、材料延性好、滞回特性好等特点，在结构抗震方面表现出相当的优越性。从大地震中对钢结构震害调查发现，主要还是连接节点的设计与施工存在缺陷，所以加强钢结构节点的研究是十分必要的。空间结构能否大力推广，关键在于节点。节点是空间结构最重要的一个组成部分，其滞回关系就是指管节点在加载－卸载－再加载的这种往复过程中的约束关系。钢管连接节点在反复荷载作用下的荷载－位移曲线(滞回曲线)是其强度、刚度、延性、耗能能力等力学性能的综合反映[35]。在钢管桁架结构中，相贯节点的破坏往往导致与之相连若干杆件的失效，从而影响结构承载能力并可能引起整个结构破坏。受到多个力共同作用的各杆件交汇的节点部分，能否对其在地震作用下复杂的应变分布状况、应力大小进行科学分析，这对整个钢管空间结构的设计、制作、安装和实际使用都有极其重要的作用。可以说，对钢管节点的研究与大跨空间结构的发展是同步的[3]。

在2008年5月12日汶川大地震中，大跨度钢结构建筑表现出优越的抗震性能[36]，如绵阳九州体育馆，屋盖为钢管桁架结构，纵向最大跨度165m，横向最大跨度为125m，造型像两片树叶 (图1－34所示)。如此大的空间结构却经受了里氏8级大地震的考验，并成为了灾民的避难场所，这充分说明了大跨空间结构在防灾减灾方面所处的重要地位。

图1—34四川绵阳九州体育馆

近年来，管桁结构的应用日渐普及，但对相贯节点抗震性能的研究相对滞后。这对管桁设计的安全性、经济性都造成了不同程度的影响。一般情况下，组成钢管桁架的杆件，散件运至现场进行拼装。常规的施工工艺是杆件先点焊就位到了拼装胎架上，然后进行整体焊接，这就存在搭接节点隐藏焊缝不能焊接的难题。为此经常造成连接节点隐藏焊缝焊与不焊的争议。现行钢结构设计标准GB50017-2017中[10]，对此部分焊接未作明确要求。CIEDCT相关技术文献要求[3][4]，对K型节点，在搭接50%，支管内力在垂直于主管方向上的分量不超过20% 时，搭接部分的隐藏焊缝可以不焊接，这就要求须通过计算(或试验)来确定K型搭接节点的隐藏焊缝是否需要施焊。若计算后确需要施焊时，则搭接支管在组装前焊接完成，而通常都是先定位组拼后整体施焊，并且是最经济可行的施工方法。对于支管之间连续交错搭接，而设计又要求搭接部分焊缝必须施焊，在实际施工过程中基本是行不通的。而对于KK型搭接节点，仅仅简单计算节点在垂直于主管方向的内力差不小于20% 也是不全面的，还需考虑次桁架作用于该平面的内力。本书主要解决连接节点隐藏焊缝在不焊接的情况下，对节点的滞回性能展开研究，找到管结构在建筑中的应用界定。搭接节点隐藏焊缝焊接与否的研究，在确保节点安全可靠的前提下，不但要重视节点计算，还要分析节点基本构造及施工工艺要求。在抗震设防区，节点的搭接率及节点构造变化对其承载力及滞回性能的影响程度的研究是具有挑战性的创新研究，也是丰富现行设计规范的基础研究。

20世纪90年代初由美国学者提出的基于性能的结构抗震设计理论代表了未来结构抗震设计的发展方向，它将节点的行为参数确认与性能评估作为其重要的组成部分，美日等国都投入许多力量进行研究。对钢管相贯节点在变形、动力滞回和失效机理等方面的性能评价研究处于起步阶段，本书的出版将对钢管结构基于性能的设计方法的建立起到抛砖引玉的作用。