Wang 1.1 研究背景及意义
大跨度空间结构的发展状况已经成为衡量一个国家建筑科学技术水平的重要标志之一(张毅刚等, 2005)。通过对近几年国内外学者对钢屋架开展的研究进行分析发现，钢屋架相较于其他类型的屋架具有相当大的优势,相较于木屋架施工更方便。
且木屋架适应跨度范围小，一般不大于12m，而钢屋架适应跨度要远 远大于木屋架。钢屋架相比于混凝土屋架具有自重轻、环保节能和抗震性能优良 的优点(陈志华等, 2008)。而方钢管与圆管连接组合屋架，由于其节点制作安装简单，易于施工。
被大量运用到实际工程中。目前大多数研究仅仅局限于建立某一固定类型的节点模型探究节点应力分布、节点的极限承载能力和抗震性能等方面，并没有对方钢管与圆管连接的组合屋架整体结构进行系统的研究和分析。
在方钢管与圆管连接组合屋架的整体结构模型建立过程中，存在多种类型的节点，如N 形节点,T形节点,KT形节点及YK形节点等不同类型的节点，而这些节点在工程实例中被大量应用。针对方钢管与圆管连接组合屋架的研究很少，且相关规范也很少提及。
所以本文的主要研究目的是将现有的工程实例与有限元软件模拟分析相结合，采用ABAQUS有限元软件建立某方钢管与圆管连接的组合屋架的有限元分析模型，模拟某方钢管与圆管连接的组合屋架的真实约束和荷载布置。
将模拟数据与某方钢管与圆管连接组合屋架工程的PKPM-STS设计结果进行对比研究，分析PKPM-STS软件与ABAQUS有限元软件关于某方钢管与圆管连接的组合屋架的内力大小、节点位移和局部应力分布数据的差异。
并通过对方钢管与圆管连接的组合屋架的影响因素研究，把研究数据和构造措施应用到工程实例中，解决方钢管与圆管连接组合屋架在应用过程中出现的问题，将会推进方钢管与圆管 连接组合屋架在实际工程中的应用。
同时可以更好的指导方钢管与圆管连接组合屋架的合理设计。这些工作不仅具有实际意义，也将给以后进行有限元分析的设 计提供依据。
1.2 方钢管与圆管连接组合屋架的概述和实际应用情况分析研究
1.2.1方钢管与圆管连接组合屋架的概述
由不同材料或不同截面形状组成的屋架称为组合屋架。常见的组合屋架有钢 筋混凝土组合屋架，钢-木组合屋架，方钢管与圆管连接组合屋架，型钢-方钢管 连接组合屋架等。在普通钢屋架的设计过程中,。
节点的构造处理和计算是一个重要的环节(定静, 2009)。方钢管与圆管连接组合屋架形成的钢管节点(弦杆为方钢管，腹杆为圆钢管)相比于圆管与圆管钢管节点（弦杆和腹杆均为圆管）无需切割相贯线。
在焊接处将腹杆圆管切成斜面或直面可与弦杆方钢管直接相连；相比于方钢管与方钢管节点（弦杆和腹杆均为方钢管）焊脚处应力集中系数较小，抗疲劳强度性能较好，方钢管与圆管连接组合屋架形成的钢管节点兼具二者的优势，是一种值得大力发展的组合屋架形式。
方钢管与圆管连接组合屋架相贯节点中贯通的方钢管为弦杆，其余的圆管为腹杆，腹杆切成相贯线形状与弦杆焊接,腹杆之间可以有间距也可以部分或者全部搭接，这种连接方式的施工方便简单，不需要连接件，节省钢材，属于钢管结构。
钢管结构自发展以来，得到广泛的应用，从理论研究到实际工程，都证实钢 管结构的主要优点如下：钢管结构的截面特性，如截面惯性矩、回转半径等比较大。因此，在 承受大小相等的荷载时，钢管结构相比于其他型钢截面可节省材料，自重较小。
同时，钢管结构露在室外的面积较小，维护的费用降低。由于钢管截面是对称的，具有良好的弯曲、扭转、剪切和刚度等特性， 与其他截面相比具有天然的优势。
钢管结构简洁明了，体积小，在节约空间的同时具有优美的造型和漂亮的外观，被广泛的应用到建筑中(邱国志等, 2008;孟宪德等, 2009;徐伟炜, 2018; 葛成成, 2018;张青松等, 2021)。
1.3 国内外研究现状
1.3.1国内研究现状
林红星(林红星, 2019)对钢屋架的整体进行了受力性能分析，并且采用有限元软件对空间型节点进行了分析。结果表明钢屋架应力集中主要分布在节点处，最大应力也在节点位置，但是均小于钢材的屈服强度，屋架整体偏于安全。
其中对主管采用外套管和在主管内部加加强板的措施能很好的降低节点的应力，使应 力分布更均匀，增大屋架的承载能力。李聪灵、王新武等(李聪灵等, 2018)对矩形钢管节点的受力性能进行了试验和理论研究。
试验构件为X形节点，通过在节点处施加横向荷载观察节点的变形。试验发现矩形钢管节点下部受拉，上部受压且上部的变形较底部小；在荷载施加过程中，前期试件处于弹性阶段，位移与荷载呈线性关系。
随着荷载的增大，试件逐渐进入塑性阶段。结论为竖向焊缝的应力较钢板处较小；试件顶部应力较 底部较小。 杜长虹、杨帆(杜长虹等, 2019)以我国西北常用的“马鞍架”式木屋架作为研究对象。
对 “马鞍架”式木屋架建筑的结构布局与特征进行简单的介绍后，运用有限元软件建立了相同构造的钢屋架，对其进行了抗震分析研究，结果表明该 “马鞍架”式钢屋架的抗震性能满足抗震规范，且具备较好的抗震性能。
王振(王振, 2019)采用试验与软件建模分析相结合的方式对两榀三角形钢屋架的受力性能进行了研究，结果为钢屋架的变形主要为节点的局部破坏，其中连接形成的节点破坏最严重的，上弦的冷弯薄壁钢管的变形较大。
针对钢屋架 的参数分析得出，随着跨高比的减小，两榀三角形钢屋架的位移逐渐增大；随着 构件截面尺寸的增大，屋架承载力也逐渐增大。刘凡荣(刘凡荣, 2009)建立了T型钢三角形钢屋架跨中下弦节点的有限元分析模型。
对图集中的22个屋架的跨中下弦节点的受力性能进行了分析。结果显 示，下弦节点只有小部分进入了塑性阶段，且不影响结构的安全。对屋架下弦节 点进行了弹塑性全过程的分析，得到节点的破坏模式分为三类：
中间的竖杆与斜 腹杆相交的区域破坏、塑性区和中竖杆或下弦杆破坏。陈庚俊(陈庚俊, 2020)通过对某宴会厅大跨度钢屋架多个加固方案的对比研究，最终确定采用改变钢屋架受力路径的办法对承载力不满足要求的钢屋架进行加固。
可以大幅度提高原钢屋架的承载力和刚度，让新旧钢屋架双向协同受力以 满足安全要求。加固方式为在原来的钢屋架下弦新增钢屋架，双向钢屋架布置。结果表明，对于同一个方向受弯的钢屋架屋面结构，采用改变受力路劲的方式进行加固。
将同一个方向受弯转变为双向受弯，较大地增加结构刚度和承载力。 浙江大学庞岩峰(庞岩峰, 2013)通过试验和有限元分析结合的方式，对复杂的平面型和空间型钢管相贯节点进行了研究，找出节点的受力性能，应力分布、 破坏模式和承载力的分布区域。
结果表明，节点在轴力作用下的破坏模式以弦杆 破坏为主，腹杆直径比和弦杆径厚比对节点承载力影响比较大，腹杆壁厚比对节 点承载力的影响不显著。刘帅鹏(刘帅鹏, 2020)对X型方钢管相贯节点采用了槽型套管加强的办法。
针对加强节点的受弯性能进行了分析。结果表明，当主管宽度比<0.6时，节点的主要破坏模式为套管翼缘的屈服；当主管宽度比≥0.6时，构件的承载力随着槽 型套管的上移距离和长度的增大而增大。
当主管宽度比<0.6时，套管的的高度上移或套管长度的增加对承载力的影响不大。最后建议套管上移加强节点的方式更 适合用于主管宽度比≥0.6的节点，且建议套管上移高度为主管宽度的30%~40%。
何晓云、房明(何晓云等, 2019)等运用ANSYS对某科技馆钢屋架的复杂节点 进行了考虑几何非线性和材料非线性的数值模拟分析，验算其抗震承载力并确定节点的薄弱部位，同时提出加强措施并进行了有限元分析验证。
研究结果表明，相贯节点可能存在应力集中的薄弱部位，合理设置加劲板可有效改善节点薄弱区 的受力情况，提高承载力。王健功、丁贤(王健功等, 2012)等采用ANSYS有限元软件对某梯形钢屋架进 行了静力和动力分析，并对钢屋架的内力和变形进行了分析。
研究结果表明，梯 形钢屋架在静力作用下，屋架上弦受压且最大压力出现在跨中，屋架下弦受拉且 最大拉力出现在跨中，竖腹杆除跨中外均受压，斜腹杆大部分受压，屋架整体下挠，挠度最大点出现于跨中。
在水平地震作用下屋架的位移很小，X向和Z向的 最大位移发生在支座和跨中之间，而Y向的最大位移在跨中。张百悦、王燕(张百悦等, 2012)等针对天津某单坡钢屋架，利用SAP2000分 别建立了平面框架模型和空间框架模型进行了静力分析。
计算结果显示，两个模型在同一位置的相同界面，轴力数据有较大差别。因此得出为了提高结构安全可靠性能和结构设计精度，有必要采用空间框架建模方法对钢屋架进行内力计算和设计。
陈永昌(陈永昌, 2012)以西安某机场航站楼为工程背景，以试验研究和有限元软件分析结合的方法对钢屋架中的加强套管相贯节点应力进行了研究。研究结果表明，加强套管能大幅度减小相贯节点区域的应力分布。
且对提高节点的极限承载能力的作用十分显著。但是随着套管长度的增大，其对提高节点极限承载能力的帮助并不明显。因此在实际工程中，不应盲目采用较长的套管，应该在设 时对节点进行有限元变参数分析，选择最合适的参数设计值。
高剑峰、叶茂(高剑峰等, 2019)对钢结构中的K型节点进行了试验研究，通 过施加低周反复荷载对10个足尺试件进行试验得出以下结论，贴板加强型节点 可有效提高节点的承载力约20%。
相对于非贴板加强型节点，贴板加强型节点变 形较小，刚度较大，但是延性较差；贴板加强型节点翼缘与腹杆连接处焊缝在往复荷载下易撕裂，应提高连接焊缝等级，充分发挥腹杆的承载力。
