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摘要
近年来单层铝合金网壳被广泛应用于大跨空间结构，最常用的节点形式为板式节点。单层网壳的节点同时承受轴力和弯矩的作用，目前已有的研究成果大部分集中于板式节点抗弯性能，对其轴向性能的研究工作较少。针对以上研究现状，以板式节点轴向性能为研究对象，开展了抗压试验，并建立对应的数值分析模型。试验与数值模拟对比结果表明，板式节点轴向荷载-位移曲线包含4个阶段：弹性阶段、螺栓滑移阶段、孔壁承压阶段和失效阶段。试验和数值模拟的荷载-位移曲线较为一致，破坏模式均为沿梁端螺栓孔处破坏。显然，数值模型非常准确，可用于后续参数化分析。为此建立不同螺栓间隙、螺栓预紧力、螺栓数量的数值分析模型，对板式节点的轴向性能开展参数化分析。分析结果显示：1)随着螺栓间隙的增加，螺栓嵌固阶段的荷载-位移曲线基本重合，螺栓滑移距离逐渐增大，孔壁承压阶段轴向刚度和极限荷载基本一致；2)随着螺栓预紧力的增加，螺栓滑移阶段的初始荷载逐渐增加，滑移距离基本不变，孔壁承压和失效阶段荷载-位移曲线完全重合；3)随着螺栓数量的减少，板式节点的轴向承载力降低最为明显，抗剪承载力次之，抗弯承载力降低幅度最小。在对节点进行等强设计时，应按轴向承载力相等的原则来确定螺栓的数量。在试验研究和数值分析的基础上，对板式节点轴向刚度模型开展研究。根据试验和数值模拟所得到的荷载-位移曲线可知，采用多折线简化模型来描述板式节点在轴力作用下的变形机理是可行的。然后基于板式节点在轴力作用下的变形和传力机理，推导出了多折线简化模型的计算公式。并将简化模型与试验和数值模拟结果对比发现：在弹性阶段、滑移阶段及孔壁承压阶段，简化模型与试验和数值模拟结果非常吻合；在失效阶段，简化模型的极限弯矩略小于试验和数值模拟结果。显然，推导出的多折线轴向刚度模型满足精度需求，同时具有足量的安全余度。
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单位土木工程学院; 上海宝冶集团有限公司; 东南大学
