鸟嘴式节点(Bird Beak Joint)是一种新型方钢管焊接节点,由传统正放式节点的主管或支管绕轴旋转45°获得,根据支管是否旋转可分为方型和钻石型。当前研究表明鸟嘴式节点的静力性能优于传统正放式节点,但对其疲劳性能的研究尚不充分,这影响其在钢桁架桥梁结构中的应用。本文通过试验研究与有限元模拟,对方型与钻石型鸟嘴式X形、K形焊接节点在不同荷载工况下的应力集中特性和疲劳性能进行研究。主要研究内容和结论如下:(1)鸟嘴式节点热点应力特性的研究内容为将8个鸟嘴式X节点试件分为两,组各自开展了支管轴力、支管面内弯矩工况的静力试验,对4个鸟嘴式间隙K节点试件进行了支管面内复合受力工况的静力试验,各组试件均包含方型和钻石型两类。通过静力试验获得热点外推区内垂直焊趾的多个应变实测值,应变结果呈现较为明显的二次变化规律,确定采用二次外推方法计算焊趾处的应变集中系数SNCF以及应力集中系数SCF。结果表明,支管轴力工况下的鸟嘴式X节点鞍部应力集中明显,而其他两个工况下的节点冠部应力集中更为显著;与钻石型鸟嘴式节点相比,方型鸟嘴式节点SNCF最大值在支管轴力工况下偏小,而在支管面内弯矩与支管面内复合受力工况下则偏大。进一步利用ANSYS软件进行数值分析,SNCF的有限元结果与试验值吻合良好,并获得了鸟嘴式节点SCF和SNCF的转换关系,便于工程应用。(2)鸟嘴式节点疲劳性能的研究内容为根据静力试验的SNCF实测结果,对不同节点试件在相应工况下继续开展了高周疲劳试验,获得了节点疲劳破坏形态、疲劳裂纹萌生及扩展规律、试件刚度变化以及疲劳寿命等。结果表明:(1)支管轴力作用下,鸟嘴式X节点的疲劳裂纹萌生于主管鞍部焊趾,即静力试验中最大热点应力的位置,随后沿主管焊趾向两侧扩展。方型鸟嘴式X节点一主管壁上存在两个鞍部,这两处的裂纹连通形成长裂纹,长裂纹的两端向主管表面扩展出来,此时裂纹长度扩展较快,节点刚度快速退化,且裂纹在贯通主管壁前已达到极限长度。而钻石型鸟嘴式X节点一主管壁上仅有一个鞍部,该处裂纹或沿主管焊趾向冠部扩展,或向主管表面扩展出来,裂纹接近主管冠部时,节点刚度迅速退化,裂纹达到极限长度在主管壁贯通后。(2)支管面内弯矩作用下,鸟嘴式X节点的疲劳裂纹萌生于支管冠部焊趾,随后沿焊趾向鞍部延伸,或向支管表面扩展。方型鸟嘴式X节点裂纹一旦绕过支管转角,节点刚度急剧降低,支管壁贯通时裂纹长度仍有明显发展空间。而钻石型鸟嘴式X节点裂纹的发展期较短,一旦贯穿壁厚,裂纹长度迅速增加。(3)支管面内复合受力工况下,鸟嘴式间隙K节点受拉间隙区的主裂纹萌生于支管冠部焊趾,短时间后支管壁贯通;随后裂纹从支管扩展至主管焊趾,部分试件面内刚度快速降低,甚至发生支管脆断的情况。上述研究成果为鸟嘴式X、K节点的疲劳性能评估提供试验依据和方法参考,有利于此类节点在钢桁架桥梁结构中的推广和应用。