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膜結(jié)構(gòu)設(shè)計鋼桁架受力分析

時期:2024-01-09 20:39:06 點擊數(shù):43

鋼桁架受力分析


1.計算假定


   各桿的軸線在同一平面內(nèi),節(jié)點均為鉸結(jié),所有外荷載作用在桁架平面內(nèi),并集中作用于節(jié)點上。如果作用在節(jié)間桿件上,上、下弦的內(nèi)力將成為壓彎或拉彎構(gòu)件。解決方法:使節(jié)點間距等分一致,或再分,盡量將外荷載作用于桁架節(jié)點上。


2.結(jié)構(gòu)計算


 根據(jù)平衡理論,節(jié)點承受匯交力系作用,逐次建立各節(jié)點的投影平衡方程:ΣX=0、ΣY=0,可求出所有的未知桿件內(nèi)力,這種方法稱節(jié)點法,最適用于簡單桁架。求解時,可根據(jù)平衡理論先判定零桿,并盡可能避免解聯(lián)立方程,有時只需求少數(shù)桿件內(nèi)力。對于聯(lián)合桁架和復雜桁架,節(jié)點法無法奏效時,需用截面法,有選擇地截斷桿件(一般不超過三根)以桁架的局部為平衡對象,由平衡方程即可求得所需桿件軸力。對于某些桁架(如K式桁架),聯(lián)合應(yīng)用節(jié)點法和截面法更有效。對于桿件很多的復雜桁架或空間桁架,最好選擇電算法。


  桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力以軸力為主,各桿件內(nèi)力分布不均勻。上弦桿件的內(nèi)力為軸向壓力,下弦桿件的內(nèi)力為軸向受拉,形成力偶抵抗彎矩作用。豎腹桿和斜腹桿的內(nèi)力可能為軸向拉力或軸向壓力(由桿件布置決定),抵抗剪力作用。常見桁架如三角形桁架、矩形桁架、拋物線桁架、梯形桁架的斜腹桿布置方向?qū)Ω箺U受力是有影響的,根據(jù)內(nèi)力分布情況得到以下結(jié)論:


(1)三角形桁架:內(nèi)力分布不均勻,弦桿要改變截面,施工困難,否則浪費材料,端點角度小,制作困難,一般應(yīng)用于跨度小,跨度一般在18-24m以下,坡度大的屋架。


(2)矩形桁架:內(nèi)力分布不均勻,如按內(nèi)力選桿件,類型多,美觀性欠佳,施工困難,材料浪費多,但如采用標準桿件,相同截面的弦桿可以使得結(jié)構(gòu)整齊,而且采購方便,不至造成浪費。


(3)梯形桁架:內(nèi)力介于三角形桁架和矩形桁架之間。


(4)拋物型桁架:內(nèi)力分布均勻,使用材料最為經(jīng)濟,但上弦桿的傾角不同,結(jié)構(gòu)復雜,施工不便,因此,多在60m及以上的大跨結(jié)構(gòu)中采用,有利于節(jié)約材料。



3.連接設(shè)計


 鋼桁架的連接方式有焊接、普通螺栓連接、高強螺栓連接或鉚接。在鋼桁架中應(yīng)用最廣的應(yīng)屬焊接;而普通螺栓連接則常用于可拆的結(jié)構(gòu)如輸電塔和支撐系統(tǒng);高強螺栓連接常用于重型鋼桁架的工地連接;鉚接用于受較大動力荷載的重型鋼桁架,目前已逐漸被高強螺栓連接代替。工程應(yīng)用時,應(yīng)結(jié)合工程特點,施工條件確定連接方式。


4.外形與內(nèi)力的關(guān)系


  鋼桁架是由桿件組成的格構(gòu)體系,其節(jié)點一般假定為鉸節(jié)點,當荷載作用在節(jié)點上時,桁架的桿件內(nèi)力與桁架的外形有著密切的關(guān)系。三角形桁架的桿件內(nèi)力也是不均勻的,弦桿內(nèi)力是兩端大而向中間逐漸減小,腹桿內(nèi)力是兩端小而向中間逐漸增大。矩形桁架的桿件內(nèi)力是連續(xù)但不均勻,弦桿內(nèi)力是兩端小而向中間逐漸增大,腹桿內(nèi)力是兩端大而向中間逐漸減小。拋物型桁架的桿件內(nèi)力大致均勻,從力學角度看,它的形狀與同跨度、同荷載的簡支梁的彎矩圖形相似,其形狀符合受荷后的內(nèi)力變化規(guī)律,所以它是較好的桁架形式。在滿足承載力和使用要求的條件下,桁架的外形高度一般為其跨度的1/15左右時較為經(jīng)濟。


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