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■ 曾欢艳
钢结构凭借装配化程度高、绿色可循环利用等优势，已广泛应用于大跨度厂房、体育场馆、市政桥梁及高层装配式建筑。在钢结构体系中，杆件连接节点被誉为结构“关节”，其受力性能与施工可靠性，直接关系整体工程的结构安全。
近年来，随着高强钢生产技术日趋成熟，配套焊接材料与工艺不断完善，加之其在安全、经济、低碳方面优势显著，高强钢钢结构已成为现代钢结构的必然趋势。但与之匹配的异形节点技术研究相对滞后，特别是主方支圆钢管相贯节点（主管为方管支管为圆管）因受力机理复杂、设计依据不足、应用标准缺失，难以实现规模化工程应用，成为制约高强钢高效利用的行业共性问题。针对这一技术瓶颈，相关科研团队面向工程实际需求，对高强钢主方支圆焊接节点开展系统试验、数值模拟与应用技术研究，形成一套科学严谨、可直接落地的设计与应用体系，为我国钢结构技术升级、绿色建造高质量发展提供重要技术支撑。
聚焦行业痛点，找准研究方向。当前工程中常用的钢管节点主要分为全圆管节点与全方管节点两类。全圆管节点相贯切割复杂、焊接精度要求高、施工难度大；全方管节点应力集中显著、易产生疲劳损伤、结构耐久性不足。主方支圆钢管节点采用方形主管、圆形支管组合形式，兼具施工便利与受力合理优势：焊缝规整，无需复杂切割，加工精度易保证；受力传递平顺，应力集中程度低，抗疲劳性能优良；与高强钢匹配性良好，可显著降低钢材用量、减轻结构自重。尽管综合优势突出，该类节点在工程中仍难以普及，核心制约有三方面：一是节点受力机理与破坏模式尚不清晰，极限承载能力缺乏数据支撑；二是高强钢焊接热效应复杂，对节点力学性能的影响难以定量评价；三是现行国家设计标准未针对该类异形节点给出专门计算方法，设计人员缺乏统一依据，多依靠经验类比，安全性与经济性难以兼顾。
破解核心难题，推动技术落地。本研究紧密围绕工程应用需求，以试验为基础、以模拟为手段、以实用为目标，系统开展以下核心工作。
首先，研究团队制作不同几何参数的T形、K形节点试件，开展支管轴力作用下的静力承载试验，精准监测节点应力分布、变形发展与破坏形态，明确节点主导失效模式，获取真实可靠的极限承载力与受力特征数据。其次，基于试验结果，采用非线性有限元方法，构建可考虑焊接热影响、材料非线性与几何非线性的精细化分析模型，通过试验数据校验保证模拟精度。在此基础上，开展大范围参数分析，揭示支管与主管管径比、壁厚比、支管夹角、搭接率等关键参数对节点受力性能的影响规律。再者，综合试验与数值分析结果，梳理节点传力路径与失效机制，优化塑性铰线等经典理论的适用条件，建立适配高强钢性能与主方支圆构造特征的承载力计算模型，实现节点受力性能的科学解释与定量预测。最后，在现行《钢结构设计标准》框架下，整合试验、模拟与理论成果，提出节点设计流程、承载力计算公式、构造要求与施工建议，形成可直接用于工程设计的技术体系，实现科研成果向工程应用的高效转化。
科学推进研究，确保成果实用。为确保研究成果贴合行业需求、可快速落地，科研团队采用“实际试验—模拟测算—理论总结”的三位一体研究方式，明确核心技术突破点，保障成果的科学性与实用性，契合我国科研成果从实验室走向产业应用的主流路径。
科研团队一方面制作实际试件，模拟工程真实受力情况，采集核心数据，确保研究贴合实际；另一方面利用专业软件开展模拟测算，分析不同设计参数的影响，优化设计方案；最终结合试验与模拟结果，总结实用设计方法，形成完整技术体系。目前，该研究的可行性已得到充分验证：我国高强钢产品已形成系列化，可满足试验和工程应用需求；科研团队具备丰富行业经验，依托高校与企业试验平台，保障研究顺利推进；研究成果紧密贴合工程实际、与现行规范衔接顺畅，具备极强推广价值，可快速应用于实际工程，助力钢结构产业提质增效。
赋能产业升级，彰显行业价值。当前，我国钢结构产业正处于转型升级关键期，尽管钢结构应用日益广泛，但总体占比仍远低于发达国家，节点技术滞后、规范缺失是重要制约因素。本次高强钢主方支圆焊接节点研究，有效填补行业技术空白，推动钢结构节点设计向标准化、精准化发展。
从产业发展来看，研究成果可推动高强钢异形节点规模化应用，减少高强钢用量，缩短焊接工时，大幅降低工程综合成本；同时，提升节点抗疲劳性能，延长钢结构使用寿命，减少后期维护成本，推动产业向高效、安全、绿色方向发展。从工程应用来看，成果可为大跨度场馆、桥梁等重点工程提供安全可靠的节点设计方案，提升结构安全性和稳定性，防范安全事故，保障人民群众生命财产安全。
从行业提升来看，本研究将完善我国钢结构节点设计规范体系，破解高强钢应用中的节点技术难题，带动行业技术升级、提升产业核心竞争力，为钢结构产业高质量发展注入新活力，为绿色建筑发展和“双碳”目标实现提供有力支撑。
（作者单位：湖南工学院）
【课题名称】本文系湖南省教育厅科学研究项目“Q460高强钢主方支圆钢管焊接节点承载性能及设计方法研究”（编号：25C0707）；衡阳市指导性计划项目（工业领域）“高强钢主方支圆钢管焊接节点受力机理及设计方法研究”成果。
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