半刚性节点通常采用单根或多根螺栓现场装配而成,是一种介于刚接节点和铰接节点之间的节点形式,半刚性节点网壳结构具有受力合理、施工方便、施工精度高等优点。自由曲面形式的单层网壳造型自由、富于动感,网格划分美观流畅,逐渐成为建筑领域的热点与趋势。然而,目前国内广泛应用的装配式螺栓球节点因刚度不足,在中国《空间结构网格技术规程》中明确限制了此节点在单层网壳中的应用。而其他刚度较好的半刚性节点,如End-face节点,又不能很好地适应自由曲面网壳结构变化较大的曲率。鉴于此,本文研发了一种既具有良好抗转动刚度又具有“万向性”的半刚性节点,并做了以下工作:(1)齿式半刚性节点研发针对自由曲面单层网壳结构的适用范围及其工作特点,设计并研发了齿式半刚性节点,本节点同时具有良好刚度与万向性,建立数值模拟模型,采取理论分析、数值模拟的等手段,对齿式节点进行优化,确定了更合理、经济的节点连接尺寸。(2)齿式半刚性节点的静力特性研究基于不同球厚、齿式螺栓直径、齿高比、齿数等参数,开展了一系列弯剪作用下的节点的静力试验研究,获得了节点在不同参数影响下的弯矩-转角曲线及其破坏模式。基于ABAQUS有限元软件,建立了齿式节点的数值分析模型,考察弯剪、压弯、拉弯三种典型荷载作用下节点的受力性能和破坏机理,并通过试验的结果对节点弯剪作用下的性能进行验证,试验与数值模拟结果拟合较好。(3)齿式半刚性节点的动力特性研究在节点静力特性研究的基础上,基于不同齿式螺栓直径、齿高比、齿数等参数,采用拟静力方法对弯剪作用下节点的滞回性能进行了试验研究,并开展了相应的数值模拟分析,得到了不同参数影响下的节点滞回曲线和骨架曲线,充分掌握了节点的滞回性能,为进一步改进节点的动力性能提供了依据。(4)齿式半刚性节点理论研究基于幂函数模型及等效柱法得到了齿式节点初始刚度和极限弯矩的理论公式,拟合出了齿式半刚性节点弯矩-转角曲线预测公式,通过与节点试验结果的对比分析,验证了预测公式的有效性,为进一步对工程设计应用提供了有力支持。