大跨度桁架梁数值分析.pdf

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1、52低温建筑技术2014年第1期(总第187期)大跨度桁架梁数值分析王伟凯，王文星(天津大学建筑工程学院．天津300072)【摘要】利用有限元软件MIDAS对某看台上方的大跨度桁架梁进行有限元分析，考察正常使用荷载作用下梁的应力和变形。分析结果表明，荷载作用下桁架梁的应力和变形均满足要求；梁中部变形最大，且在对称荷载作用下变形也是对称；斜拉索应力也满足自身强度要求。【关键词】大跨度；桁架；应力；变形【中图分类号】TU393．3【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2014)01—0052—020引言以集中荷载的

2、形式施加在桁架上面，共简化成l4个集目前随着工业化的发展，桁架梁由于其经济效益中力，其大小从左往右依次为6、7．5、8．5、9、9．5、10、较好，用钢量明显低于网架⋯的特点，桁架结构的使10、10、10、9．5、9、8．5、7．5、6t，荷载的方向见图1。为用越来越广泛，所以对桁架结构尤其是大跨度的桁架了防止变形过大，分别在两根柱子与桁架梁之间斜拉结构进行分析是十分必要的。本文对跨度为200m的6个斜拉索，桁架拱结构如图1所示。桁架结构进行分析。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。桁架结构常用于大跨度

3、的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中。由于大多用于建筑的屋盖结构，桁架通常也被称作屋架。其结构特点为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生水平推力。结构布置灵活，应用范围非常广。桁架梁和实腹梁相比，在抗弯方面，由于将受拉与受压的截面集中布置图1桁架拱结构在上下两端，增大了内力臂，使得以同样的材料用量，实现了更大的抗弯强度。在抗剪方面，通过合理布置桁架梁和桁架柱由规格为8×3．5的钢管，材腹杆，能够将剪力

4、逐步传递给支座。这样无论是抗弯质为Q235，钢管的截面属性如表1所示。斜拉索采用还是抗剪，桁架结构都能够使材料强度得到充分发7股钢绞线，公称直径为21．6mm，弹性模量为1．9×105N／mm挥，从而适用于各种跨度的建筑屋盖结构。更重要的，极限强度为1860MPa。意义还在于，它将横弯作用下的实腹梁内部复杂的应表1钢管的材料属性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。本文通过有限元分析软件MIDAS对某看台上方的大跨度桁架梁进行有限元分析，以期获得荷载作用下桁架

5、梁的应力和变形。1工程概况2模型建立某看台的上方采用大跨度桁架梁，呈弓形，两边利用有限元分析软件MIDAS，建立高度为63m，对称设置垂直于地面的桁架柱，通过斜拉索将桁架梁跨度为200．22m的桁架拱有限元模型，斜拉索施加预和桁架柱连接起来。其几何尺寸如图1所示，桁架梁拉力，柱子外侧的两根斜拉索预拉力为106kN，柱子整体跨度为261．12m，两柱之间净距离为196．22m，内侧的四根斜拉索预拉力为I18kN。根据桁架结构桁架梁整体高度为47．5m，梁截面高度为4m，柱高度体系的主要受力特点，由于桁架梁呈拱形，故桁架梁为

6、63m。荷载取值为桁架自重为600kg／m，以均布荷两端与地面采用铰接的形式，桁架柱与梁采用刚结的载的形式施加在桁架上面；其它活荷载经荷载组合后形式，桁架柱与地面也采用刚结的形式。根据实际情王伟凯等：大跨度桁架梁数值分析53况施加荷载和约束，建立桁架拱结构模型，如图2所示。图2桁架拱有限元模型图4桁架粱的变形图3数值分析索最大应力为138MPa，《预应力钢结构技术规程》H3．1桁架梁的应力分析中规定，钢索强度的设计值不应大于索材极限抗拉强为直观反映出桁架梁的内力分布，从有限元分析度的40％～50％，本文中取钢索强度的设计

7、值不应大软件MIDAS的分析结果中提取出桁架梁的应力云图，于索材极限抗拉强度的40％，斜拉索的极限强度为如图3所示。由图3可以看出桁架梁应力呈对称变1860MPa，故斜拉索的容许值为744MPa，故斜拉索满化，最大应力出现在桁架梁的中部，数值为52MPa，远足自身的强度要求。小于Q235钢材的屈服强度设计值，这说明整个桁架拱结构的承载力是满足使用要求的，由于斜拉索的存在使得桁架梁的内力大为减少，仅在桁架柱内侧第一⋯．～根斜拉索附近较大，这说明斜拉索对桁架梁起到有利作用。．——L．．．L～I图5斜拉索应力云图4结语本文通过

8、有限元分析软件MIDAS对某看台上方的大跨度桁架梁进行有限元分析，通过对桁架梁的应图3桁架梁的应力力和变形分析，得到如下结论：3．2刚度(1)桁架梁应力呈对称变化，最大应力出现在为保证桁架拱满足刚度要求，从有限元分析软件桁架梁的中部，其数值为52MPa，满足强度要求。MIDAS的分析结果中提取出桁架梁的变形图，如图4