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1、空腹桁架结构受力机理研究分析3李玉莹梁书亭孙修礼傅传国(东南大学南京210096)(山东建筑工程学院济南250014)摘要:空腹桁架是转换结构的一种基本型式。以往对空腹桁架中构件截面的优化方案是通过采用不同截面尺寸的多个方案进行分析对比而得到。采用适当假定,通过理论分析,得到了空腹桁架结构在竖向荷载作用下的理论解,清楚地解释了空腹桁架的受力机理,为空腹桁架的设计和方案比较提供了理论依据。同时对设计中应注意的问题提供了理论解释。关键词:转换结构空腹桁架受力机理理论分析THEACTIONMECHANISMOFOPEN2WEBTRUSSLiY
2、uyingLiangShutingSunXiuli(SoutheastUniversityNanjing210096)FuChuanguo(ShandongArchitecturalandCivilEngineeringInstituteJinan250014)Abstract:Open2webtrussisabasictypeoftransferstructures1Theelementssizeisusuallydeterminedbyexperi2ence1Theactionmechanismofopen2webtrussisde
3、scribedandthetheoreticalsolutionofopen2webtrussisgiven1Manydesignrecommendationonopen2webtrussarealsogiven1Keywords:transferstructureopen2webtrusstheoreticalanalysisdesignrecommendations转换层结构一般归纳为5种基本型式:梁、桁架、空腹桁架、箱形梁、厚板。空腹桁架是其中的一种。空腹桁架结构利用转换层的梁柱形成,占用空间少,便于设备管道布置,是一种在工程中采
4、用较多的转换层结构型式。对于空腹桁架转换层结构在荷图1空腹桁架结构尺寸载作用下受力机理的研究,一般是结合具体的工程利用对称性,取一半进行分析,且将支座反力简实例,通过改变构件截面尺寸的不同方案进行比化为集中力P,见图2。[1-6]较。在方案比较中,各参数的调整凭经验进行,缺少理论依据。本文通过适当假定得到了空腹桁架在竖向荷载作用下的解析解,清楚地解释了空腹桁架的受力机理,便于深入了解不同转换结构的受力特点及其相互之间的联系,对各种转换结构的受力性能有了更图2简化后空腹桁架结构尺寸充分的理解。由图2可以看到,空腹桁架在竖向荷载作用下其受力
5、机理与由连梁相连的双肢剪力墙相似,只是1竖向荷载作用下空腹桁架的受力机理空腹桁架同时受到均布荷载和支座集中力作用。为111基本假定及计算简图空腹桁架由上、下桁架梁和竖向桁架柱组成。3傅传国为第二作者。图1是空腹桁架的几何尺寸。为便于进行理论分第一作者:李玉莹男1970年11月出生博士研究生国家一级注册结构师析,将竖向荷载简化为单一竖向均布荷载。同时不收稿日期:2005-11-28考虑转换层上下楼层对转换结构的影响。IndustrialConstructionVol.36,Supplement,2006工业建筑2006年第36卷增刊427
6、了建立微分方程以求出空腹桁架的解析解,需采用为:进一步的假设,然后用力法进行求解。进一步的假dymδ1=-2cθm=2c(1)定如下(参照双肢剪力墙的假定[4]):dx式中,θm为桁架梁弯曲变形产生的转角,顺时针为1)将每一跨度的桁架柱简化为均布在整个桁架正。跨度方向上的连续杆(图3)。为了建立微分方程的2)由于桁架梁的轴向变形产生的位移需要,假定可将有限点的连接变成无限点的连接。基本体系在未知剪力τ(x)作用下发生轴向变2)桁架柱的轴向变形忽略不计,即上、下桁架梁形,自支座到x截面处的轴向变形差,就是切口处的的竖向位移是相同的。不仅如
7、此,还假定同一x距相对位移。相对位移为:离处桁架梁的转角和曲率是相等的,并假定桁架柱Lx111的反弯点在柱中;δ2=(+)∫τ(x)dxdx(2)EA1A2x∫03)假定上下桁架梁在跨度方向为等截面梁(实3)桁架柱弯曲和剪切产生的位移际应用中往往也是如此),各桁架柱的截面相同,间桁架柱切口处由于τ(x)产生弯曲和剪切变距相等。这一假定是为了使微分方程是常系数微分形。弯曲变形产生的向对位移为:方程,因而便于得到解答而设的。τ(x)ha3δ3M=2在以上假定下,空腹桁架结构的计算简图见图3EIL3所示,基本体系见图4。将空腹桁架沿桁架柱的反
8、由剪切变形产生的相对位移为:弯点处切口,成为静定的悬臂梁。取桁架柱切口处δμτ(x)ha3V=2ALG的内力τ(x)(剪力)为多余未知力;桁架柱切口处式中,μ为截面上剪应力分布不均匀系数,矩形截面沿未知力τ
