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鋼管桁架結構是鋼管結構中的重要一種，它是桁架結構采用鋼管材料構成的一種結構形式，也稱(chēng)鋼桁結構、管桁架和管結構。由于適應性比較強，近年來(lái)在大跨空間結構中得到廣泛應用。
管桁結構的結構體系為平面或空間桁架，與一般桁架的區別在于連接節點(diǎn)的方式不同：網(wǎng)架結構采用螺栓球或空心球節點(diǎn)。過(guò)去的屋架經(jīng)常采用板型節點(diǎn)，而管桁結構在節點(diǎn)處采用的是桿件直接焊接的相貫節點(diǎn)(或稱(chēng)管節點(diǎn))。在相貫節點(diǎn)處，只有在同一軸線(xiàn)上的兩個(gè)主管貫通。其余桿件(即支管)通過(guò)端部相貫線(xiàn)加工后，直接焊接在貫通桿件(即主管)的外表非貫通桿件在節點(diǎn)部位可能有一定間隙(間隙型節點(diǎn))，也可能部分重疊(搭接型節點(diǎn))。相貫線(xiàn)切割曾被視為是難度較高的制造工藝。因為交匯鋼管的數量、角度、尺寸的不同使得相貫線(xiàn)形態(tài)各異，而且坡口處理困難。但隨著(zhù)多維數控切割技術(shù)的發(fā)展。這些難點(diǎn)已被克服。目前國內一些企業(yè)裝備了這一技術(shù)，相貫節點(diǎn)管桁結構在大跨度建筑中得到前所未有的應用。
管桁架的分類(lèi)。根據受力特性和桿件布置不同，可分為平面管桁結構和空間管桁結構。平面管桁結構的上弦、下弦和腹桿都在同一平面內，結構平面外剛度較差。一般需要通過(guò)側向支撐保證結構的側向穩定。在現有管桁結構的工程中，多采用Warren桁架和Pratt桁架形式，Warren桁架一般是最經(jīng)濟的布置，與Pratt桁架相比Warren桁架只有它一半數量的腹桿與節點(diǎn)，且腹桿下料長(cháng)度統一，這樣可極大地節約材料與加工工時(shí)。Vierendeel桁架主要應用于建筑功能或使用功能不容許布置支撐斜桿時(shí)的情況，空間管桁結構通常為三角形截面，與平面管桁結構相比，它能夠具有大的跨度，且三角形桁架穩定性好，扭轉剛度大且外表美觀(guān)。在不布置或不能布置面外支撐的場(chǎng)合，三角形桁架可提供較大跨度空間。一組三角形桁架類(lèi)似于一榀空間剛架結構，且更為經(jīng)濟?？梢詼p少側向支撐構件，提高了側向穩定性和扭轉剛度。對于小跨度結構，可以不布置側向支撐。
連接件的截面形式。常用的桿件截面形式為圓形、矩形、方形等。接連接構件的不同截面可分為以下幾種桁架形式：C—C型桁架：即弦桿和腹桿均為圓管相貫的桁架結構；R—R型桁架：即弦桿和腹桿均為方鋼管或矩形管相貫的桁架結構；R—c型桁架：即矩形截面弦桿與圓形截面腹桿直接相貫焊接的桁架結構。
管桁架的優(yōu)點(diǎn)。隨著(zhù)大型公共建筑的發(fā)展，對結構的空間和跨度的要求越來(lái)越高，空間鋼管桁架以其良好的承載和穩定性能得到廣泛應用?？臻g鋼管桁架的結構形式按照桁架的截面形式可分為三角形空間桁架、四邊形空間桁架、多邊形空間桁架及變截面空間桁架等。鋼管結構因其具有優(yōu)美的外觀(guān)、合理的受力特點(diǎn)以及優(yōu)越的經(jīng)濟性，在現代工業(yè)廠(chǎng)房、倉庫、體育館、展覽館、會(huì )場(chǎng)、航站樓、車(chē)站及辦公樓、商住樓、賓館等建筑中得到廣泛的應用。
管桁架結構的研究現狀及存在的問(wèn)題。鋼管結構的應用最早起始于英國，隨后在20世紀80年代人們對鋼管結構設計有了較深的認識，并有了一些有關(guān)鋼管的正規出版物，如“CIDECTBook”。1985年后IIW又給出了焊接鋼管連接的疲勞設計，對其靜載焊接連接設計方法進(jìn)行了更新，出版了這一設計方法的第二版(IIW1989)。新的設計方法得到國際上的廣泛認可，被許多國際組織采用，如歐洲規范Eurocode3、美國的AWS、以及CIDECT的設計指南等。桁架結構設計主要是外形尺寸、構件尺寸及節點(diǎn)形式的設計。外形設計主要是桁架的總體布置、跨度、高度、節間距離、桁架間距及腹桿的布置，應盡量減少連接數量I構件尺寸的選擇與節點(diǎn)形式相關(guān)聯(lián)，應通過(guò)節點(diǎn)承載力計算以及構件強度及穩定性驗算來(lái)確定。國內外對于管桁架結構的研究，主要集中在管節點(diǎn)的分析。因為節點(diǎn)的破壞往往導致與之相連若干桿件的失效。從而使整個(gè)結構破壞。對管節點(diǎn)靜力性能的研究方法，主要有三類(lèi)：試驗、解析理論和數值分析(有限元方法)。
試驗研究：起初，人們只能通過(guò)試驗來(lái)認識管節點(diǎn)的承載性能，驗證設計方案。20世紀60年代，利用鋼模型進(jìn)行了各種管節點(diǎn)的靜載試驗和疲勞試驗。1974年首次進(jìn)行了空間管節點(diǎn)的模型試驗，測試了4個(gè)KK型管節點(diǎn)在軸力作用下的承載力。1990年測試了軸力作用下KK型空間管節點(diǎn)。近年來(lái)，管節點(diǎn)在民用建筑中的廣泛應用，使管節點(diǎn)研究受到重視。沈祖炎等(1998)進(jìn)行了n個(gè)試件的K型管節點(diǎn)的模型試驗，檢驗了上海八萬(wàn)人體育館懸挑主桁架的節點(diǎn)設計方案。
經(jīng)典解析理論研究：由于管節點(diǎn)是由幾個(gè)圓形鋼管焊接而成的結構，相當于一個(gè)空間柱殼結構，因此許多學(xué)者采用彈性圓柱殼理論來(lái)分析。由于管節點(diǎn)的邊界條件和幾何形狀復雜，給偏微分方程的求解帶來(lái)困難，在大量簡(jiǎn)化假設基礎上的解析解與工程實(shí)際的差距較大。但這些研究加深了對管節點(diǎn)的了解程度，為以后的研究打基礎。
有限元計算：近年來(lái)，隨著(zhù)計算機運算速度的不斷加快以及編程語(yǔ)言的發(fā)展，多運用有限元方法進(jìn)行管節點(diǎn)的極限承載力計算。劉建平運用有限元軟件ANSYS，對圓管T、Y、K型節點(diǎn)承受軸向荷載的極限承載力作了計算。賀東哲運用有限元軟件ADINA，以及自主開(kāi)發(fā)的前后處理程序，研究了TT型圓管節點(diǎn)分別在軸力、平面內彎矩和平面外彎矩的作用下的承載性能，并與已有公式進(jìn)行了比較。在此基礎上，提出了TT型圓管節點(diǎn)平面內彎矩承載力半經(jīng)驗公式。傅振岐運用有限元方法分析了K型間隙矩形管節點(diǎn)支管截面的應力分布、節點(diǎn)變形及節點(diǎn)參數對節點(diǎn)強度的影響，最后給出了節點(diǎn)極限承載力公式。有限元分析中一般采用VnoMISeS屈服準則，并假定等向強化。近年來(lái)用連續介質(zhì)損傷力學(xué)方法模擬裂縫的形成和擴展，并建立了相應斷裂準則。
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