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1、2013-2014年度学生研究计划(SRP)“桁架结构模型结构优化及试验”结题论文姓名骆辉军院一土木与交通学院业土木工程(卓越全英班)学号201230221450指导老师范学明时间2014年10月随着科学技术的发展和计算机软件技术的应用,应用相关的软件來进行桁架结构模型的优化已经可以成为现实。桁架结构中的桁架指的是桁架梁,是格构化的一种梁式结构。桁架结构常用于人跨度的厂房、展览馆、体冇馆和桥梁等公共建筑屮。由于人多用于建筑的屋盖结构,桁架通常也被称作屋架。在桥梁结构中,桁架结构也应用广泛。只受结点荷载作用的等直杆的理想钱结体系称桁架结构。它是由一些杆轴交于一点的工程结构抽象简
2、化而成的。合理地设计桁架结构,就能够最大限度地利川材料的强度,起到减轻桁架重量,节省材料的目的,从而也能为工程实际应用提供相关的依据和参考。但桁架的结构模型形式千变万化,仅仅从理论上分析桁架的受力特征和破坏特征,而不进行相应的试验研究是无法取得实质性的进展的。正是基于这样一个原则,我们需要在理论研究的基础上通过试验来优化桁架的结构模型,在各式各样的桁架结构中挑选出受力合理的结构,最大限度地使材料的强度得以利用。研究桁架结构模型优化的意义桁架结构中,各杆件受力均以单向拉、压为主,通过对上下弦杆和腹杆的合理布置,可适应结构内部的弯矩和剪力分布。由于水平方向的拉、压内力实现了自身平
3、衡,整个结构不对支座产牛水平推力。结构布置灵活,应用范围非常广。桁架梁和实腹梁(即我们一般所见的梁)相比,在抗弯方而,由于将受拉与受压的截面集中布置在上下两端,增大了內力臂,使得以同样的材料用蜃,实现了更人的抗弯强度。在抗剪方面,通过合理布置腹杆,能够将剪力逐步传递给支廉。这样无论是抗弯还是抗剪,桁架结构都能够使材料强度得到充分发挥,从而适用于各种跨度的建筑屋盖结构。更重要的意义还在丁,它将横弯作用下的实腹梁内部复杂的应力状态转化为桁架杆件内简单的拉压应力状态,使我们能够直观地了解力的分布和传递,便于结构的变化和组合。由于杆件之间的互相支撐作用,且刚度人,整体性好,抗震能力强
4、,所以能够承受来自多个方向的荷载。而具冇结构简单,运输方便等优点,英应用于各个工程领域。古代木构建筑,而今的2008北京奥运会的主体育馆鸟巢;太空中的大型可展天线,地面上的跨海大桥,随处都可见到桁架的身影。由于桁架的结构模型T•变万化,不同的桁架结构形式对桥梁或者屋架的受力特征有很人的影响,因而,研究桁架结构模型的优化具有重大的意义。二.实验的相关资料1•桁架结构的常见构造方式桁架指的是桁架梁,是格构化的一种梁式结构,即一种由杆件彼此在两端用较链连接而成的结构。桁架由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构,桁架杆件主耍承受轴向拉力或压力,从而能充分利用材料的强度,在跨度
5、较大时可比实腹梁节省材料,减轻口重和增大刚度。由于大多用于建筑的屋盖结构,桁架通常也被称作屋架。桁架结构常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑小。其主要结构特点在于,各杆件受力均以单向拉、压为主,通过对•上下弦杆和腹杆的合理布置,可适应结构内部的弯矩和剪力分布。由于水平方向的拉、压内力实现了自身平衡,整个结构不对支座产空水平推力。结构布置灵活,M用范I韦I非常广。桁架梁和实腹梁(即我们一般所见的梁)相比,在抗弯方面,由于将受拉与受压的截面集中布置在上下两端,增大了内力臂,便得以同样的材料用量,实现了更大的抗弯强度。在抗剪方血,通过合理布置腹杆,能够将剪力逐步传递给
6、支座。这样无论是抗弯述是抗剪,桁架结构都能够使材料强度得到充分发挥,从而适用于各种跨度的建筑屋盖结构。从力学方面分析,桁架外形与简支梁的弯矩图相似时,上下弦杆的轴力分布均匀,腹杆轴力小,用料最省;从材料与制造方面分析,木桁架做成三角形,钢桁架采用梯形或平行弦形,钢筋混凝土与预应力混凝土桁架为多边形或梯形为宜。桁架的高度与跨度之比,通常,立体桁架为1/12-1/16,立体拱架为1/20-1/30,张拉立体拱架为1/30-1/50,在设计手册和规范中均有具体规定。桁架的使用范围很广,在选择桁架形式时应综合考虑桁架的用途、材料和支承方式、施工条件,其最住形式的选择原则是在满足使用要
7、求前提下,力求制造和安装所用的材料和劳动量为最小。三角形桁架在沿跨度均匀分布的节点荷载下,上下弦杆的轴力在端点处最大,向跨中逐渐减少;腹杆的轴力则相反。三角形桁架山于弦杆内力差别较大,材料消耗不够合理,多用于瓦屋面的屋架中。梯形桁架和三角形桁架相比,杆件受力情况有所改善,而且用于屋架中可以更容易满足某些工业厂房的工艺要求。如果梯形桁架的上、下弦平行就是平行弦桁架,杆件受力情况较梯形略差,但腹杆类型人为减少,多用于桥梁和栈桥中。单斜杆式梯形屋架2多边形桁架也称折线形桁架。上弦节点位于二次抛物线上,如上弦呈
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