哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
随着工业的发展，冷却塔的高度越来越高、直径越来越大，传统钢筋混
凝土冷却塔难以满足工业生产的要求，钢结构冷却塔以其绿色环保、施工周
期短、自重较轻等优点，逐渐为人们所青睐。在钢结构冷却塔中，节点是一
个重要组成部件，对冷却塔的稳定性能有着较大的影响。目前对于钢冷却塔
装配式节点的研究较少，对冷却塔稳定性的研究一般默认节点连接为刚性，
很少考虑节点半刚性的影响。因此本课题对钢结构冷却塔两类装配式节点的
力学性能开展了系统的研究，在此基础上建立了钢冷却塔半刚性节点模型，
进一步研究了节点刚度和塔体几何参数等对其整体稳定性的影响。本文的主
要工作及成果包括：
（1）针对格构式焊接连接节点，对节点的几何构造进行了优化分析，获
得了较为经济的节点构造形式。在此基础上，重点分析了节点域环向杆件和
斜向杆件连接区域的静力响应，获得了节点的荷载-位移曲线，并通过理论推
导，提出了节点肋板最小厚度的计算方法。进一步对节点开展了滞回性能研
究；研究表明，节点域在滞回荷载作用下始终处于弹性状态，节点域与杆件
间的相对变形可以忽略，表明了此节点可简化为刚性连接。此外，研究中发
现杆件轴力对节点耗能能力有较大的影响，随着轴压力的增大，节点的滞回
环面积与能量耗散系数都出现了大幅降低。
（2）针对格构式螺栓连接节点，分析了节点在不同受力状态下的破坏模
式，并提取了节点的荷载-位移曲线；研究发现轴拉作用下，节点螺栓先于杆
件发生破坏，节点抗拉承载力远低于同等尺寸的焊接连接节点，说明此螺栓
连接节点需进一步加强。对此，考虑螺栓排数、螺栓直径和螺栓强度等级开
展了参数分析，并对螺栓连接节点的滞回性能进行了分析，同时重点研究了
不同螺栓直径对节点滞回性能的影响；结果表明提高螺栓直径是较优的节点
加强方法，但螺栓直径超过24mm时会降低节点的耗能能力。
（3）基于螺栓连接节点的力学性能，建立了半刚性节点钢冷却塔模型，
分析了不同节点刚度对钢冷却塔整体稳定性的影响规律；结果表明提高节点
刚度可以在一定程度上提高钢冷却塔的稳定承载力，但不会改变其失稳形式。
此外，分析了钢冷却塔的环向分段数、锥段层数以及加劲加劲肋环数量对其
整体稳定性的影响规律；研究发现环向分段数和锥段层数基本不会影响钢冷
-I-
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却塔整体稳定性，而加劲肋环数量增加可以显著提高钢冷却塔的稳定承载力。
关键词：钢结构冷却塔；稳定性；半刚性节点；荷载-位移曲线；滞回曲线
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Abstract
Withthedevelopmentofindustry,theheightanddiameterofcoolingtowers
haveincreased,andtraditionalconcreteandsteelcoolingtowersaredifficultto
meettherequirementsofindustrialproduction.Steelcoolingtowers,withtheir
environmentallyfriendlyandshortconstructionperiod,lighterweight,andother
advantages,havegraduallybecomepreferredbypeople.Insteelcoolingtowers,
jointsareanimportantcomponent,andtheirimpactonthestabilityofthetower
islarge.Currently,therearefewstudiesonassembledjointsfor