钢桁架结构次应力影响分析-结构工程专业论文.docxVIP

郑州太学硕士学位论文摘要 郑州太学硕士学位论文 摘要 在建筑结构中，桁架结构鼹～种应用比较普遍的结构形式，在桥梁工程、大型建筑、 麓耱工程、港翻橇禳等工程镶域均有，“泛应露。在我戮梅架缭稔发震逐邃显应瘸最为广 泛，如屋架、网架结构等。为了增加建筑的表现力，避些年来管桁架结构得到了许多业 主的青睬，在大量的嚣丽结摘中采用。 目前在普通钢桁架的结构设计中，工程中普遍采用的方法是按理想铰接模型进行计 算，并根据计算出的杆件截面应力选择合适的杆件型号。计算桁架结构内力时，一般采 用如下基本假定：(1)节点均为铰接；(2)杆件轴线平直相交于节点中心；(3)荷载作 用线通过桁架的节点。对于平面桁架还要求所有杆件轴线及荷载作用线在同一平面内。 完全符合上述假定的桁架，其杆件只受轴向力作用，由杆件的轴向内力引起的应力称为 正应力。但在实际结构中，这些假定并不可能完全成立。桁架节点处相交的杆件无论采 用直接连接方式还是节点板连接方式，一般情况下都是难以实现理想的“铰”，杆件端 部或多或少有一定的转动约束。在这种桁架结构中，除轴向应力外，还不可避免的会产 生弯曲应力，此为节点刚性所产生的次应力。此外，节点处杆件轴线不一定交汇于一点， 由于节点偏心的影响也会使节点处产生相应的额外的弯矩的作用，本文中把这种弯矩称 为节点偏心产生的次弯矩，相应的应力称为弯曲次应力或次应力。由于次应力的存在， 使得桁架结构杆件的截面应力不仅有轴向应力还有弯曲应力，这种弯曲应力与哪些因素 有关，对于按理想桁架模型计算的结构性能有多大的影响，在现有的文献中并不一致。 为了配合我国钢结构体系的发展，本文结合国内外的研究成果，通过理论分析与工 程实例计算相结合的方法，分析了常见节点刚性以及节点偏心产生的钢桁架次应力，得 到了节点刚性、桁架结构中的节点板、节点偏心对于次应力的影响以及考虑结构塑性发 展的次应力影响。结合实例，分析了考虑大变形对于结构次应力的影响，得到了杆件次 应力随结构大变形发展的规律。 由于节点连接刚性以及节点板等可以导致次应力的产生，通过简单结构模型，对于 由节点刚性所产生的次应力的影响因素和影响规律进行了讨论。理论分析结果表明由节 点刚性所产生的次应力的主要影响因素有：作用在结构上的荷载、杆件的长度L、杆件 的线刚度以及杆件之间的相对轴向变形。随着结构荷载的增加，节点刚性次应力也成递 增趋势：随着杆件线刚度的增加，杆件的节点刚性次应力越大；随着杆件长度的增加， 郑硝大学磷士学位论文抒终浆节点溺性次墩力越大；耔终弱援对鸯蠡|淘变形越大，次应力越大。 郑硝大学磷士学位论文 抒终浆节点溺性次墩力越大；耔终弱援对鸯蠡|淘变形越大，次应力越大。 本文以国家标准图集《梯形钢屋架》97G511中的平丽梯形钢屋架为计算对象，应 震务隈元分辑方法，对于该类角钢捂粱戆繁焦次瘦秀逶行了分援，褥习了麓铜荣絮考瘗 节点剐性次应力的影响。对于小跨度的角钢桁架，杆件的主次应力比一般可保证在20％ 之肉，僵辩予太跨度角钢稀架，稃释的主次应力眈在很多稃件中超过了20％。当采爝较 大网4度的H型钢截灏时，杼件的次应力有所增大，绝大部分次正应力比都越过了20％。 本文还讨论了现行肖关规范对于次应力莳考虑方法的合理谯。 由节点刚性产生的次应力对于结构的轴向力和挠度的影响比较小，一般均可保证在 工程允许误差5％之内。且次弯矩的分布符合一定的规律：上、下弦各杆件的弯矩值均 较大，而腹杆在靠近支座处的弯矩值也较大，但靠近跨中位置处的腹杆弯矩值较小。考 虑到结构弹塑性时，在弹性阶段，杆件次应力随结构荷载的增加而增加，当杆件达到屈 服时，杆件次应力迅速下降趋于零。 在钢桁架的节点连接时，特别是管结构的连接时，杆件的轴线很难保证相交于同一 点，节点偏心次应力就会产生。在实际建模中，一般假定偏心处应用刚臂来模拟。通过 单元刚度矩阵的推导得到对于考虑偏心与否的杆件的杆端力和杆端位移之间的关系，考 虑杆件端部刚域后使杆端弯矩增量删。：罢孥(‰一‰)+墨箬(只一眈)，轴向力增量为 L L △Ⅳ。=兰警(六一岛)。杆端弯矩的增加与杆件两端的转动差和位移差成正比，与杆件的 厶 拉压线刚度成正比，与杆端的偏心平方成正比，但与杆件的抗弯刚度无关。本文通过对 Warren桁架算例分析，考虑了各种偏心情况，并按照弦杆与腹杆的各种可能连接的计算 模型分别计算了次应力的影响，得到了一些有益的结论。 结合工程实例自升塔式起重机臂架这种对大变形比较敏感的结构进行了分析，并且 对于相贯节点的管桁架结构的建模进行了探讨。考虑大变形之后与不考虑大变形的弹性 分析相比较，对于主要杆件的次应力有减小的趋势，对于次正应力比也有减小的趋势。 关键词：钢桁架结构；次应力；次内力；节点刚性；节点偏一丘 塑趔查堂堡：蔓堂垡笙塞 塑趔查堂堡：蔓堂垡笙塞 A