桁架结构设计分解
4.3-钢桁架的加工制作
4.3 钢桁架加工方案4.3.1 工程概述：4.3.1.1 工程概况：****大屋盖以树壮支柱及两个塔搂为支座，整体展翅在****综合建筑群之上。
该屋盖长486m，宽度由两端的154m 向中间缩小为120m。
钢桁架就是架设在两个塔楼四周的钢结构构件，通过钢桁架支撑着大屋盖网架。
钢桁架布置图如下：圆塔桁架布置图如下左图，方塔桁架布置如下右图:4.3.1.2 本工程钢结构桁架分为：a. 圆塔部分桁架: HJ-1~2、5~6、9~12共8榀。
b. 方塔部分桁架：桁架HJ-3~4共2榀。
4.3.2 焊接材料选用：本工程钢桁架钢材采用国产Q345和Q235B系列钢材，相对应的焊接材料选用如下：4.3.3 技术标准4.3.3.1 采用标准:《钢结构施工与验收规范》 GB50205—95 《钢结构工程质量检验评定标准》 GB50221--95 《建筑钢结构焊接规程》 JGJ81—91 《钢结构设计规范》 GBJ17--88 《低合金钢焊条》 GBJ5118--85 《高层民用建筑钢结构技术规程》 JGJ9--98 《手工电弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸》 GB 985 《埋弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸》 GB 986 《钢结构高强螺栓连接设计施工及验收规范》 JGJ82-91 《钢结构防火涂料应用技术条件》 CECS24-90 《涂装前的钢材表面锈蚀等级和防锈等级》 GB8923--88 《涂装前的表面处理：表面粗糙度的测试评定》 ISO8502-6：1995 《钢材力学及工艺性能试样取样规定》 GB2975--82 等。
4.3.4 材料控制及详图设计4.3.4.1 材料控制a. 本工程钢结构钢桁架杆件均是焊接箱形,材料计划必须按照构件的实际尺寸从钢厂直接进行定尺采购。
定尺尺寸要考虑加工余量等。
b. 材料采购前，必须对供应材料的生产厂家进行考核。
考核合格后方可在该分供方处进行材料采购。
c. 进厂的原材料，除必须有生产厂的出厂质量证明书外，并应按合同要求和有关现行标准进行检验和验收，做好检查记录。
桁架机械手结构和设计分析
桁架机械手结构和设计分析1. 引言1.1 桁架机械手结构和设计分析介绍桁架机械手是一种具有高度灵活性和精准性的工业机器人，其设计和结构分析对于提高生产效率和质量具有重要意义。
本文将对桁架机械手的结构和设计进行深入分析，并探讨其工作原理、结构组成、设计要点、性能优势和应用领域。
桁架机械手通过桁架结构实现多自由度运动，可以完成复杂的工业任务。
其结构由横梁、立柱、关节和执行器等组成，通过精密的控制系统实现精准定位和操作。
设计要点包括结构刚度、负载能力、运动速度和精度等方面，关乎机器人的稳定性和性能表现。
桁架机械手具有快速响应、高精度、重复性好、节能环保等优势，适用于各种制造业领域，如汽车制造、电子设备组装、航空航天等。
通过优化设计和控制算法，桁架机械手在现代工业生产中发挥着不可替代的作用。
在深入分析和研究桁架机械手的结构和设计特点的基础上，可以更好地理解其工作原理和性能优势，为其在工业生产中的应用提供更有效的支持和指导。
2. 正文2.1 桁架机械手的工作原理分析桁架机械手是一种常用于工业生产线上的自动化装配机器人，其工作原理可以分为三个主要部分：控制系统、传动系统和执行系统。
控制系统是桁架机械手的大脑，负责接收并处理来自外部的指令，以实现机械手的各项动作。
控制系统通常由PLC（可编程逻辑控制器）或者工控机组成，通过编程来实现机械手的自动化操作。
控制系统可以根据预先设定的程序来指导机械手进行各种动作，包括抓取、放置、旋转等。
传动系统是桁架机械手的动力来源，主要由伺服电机、减速器、传动链条等组成。
伺服电机可以提供足够的力和速度，减速器可以将电机提供的高速度降低到合适的速度，传动链条将力传递给机械手各部件，使其进行相应动作。
执行系统是桁架机械手的动作执行部分，包括各种执行器、传感器等。
执行系统根据控制系统发出的指令，利用传动系统提供的动力，实现机械手的各项动作。
传感器可以监测机械手的位置、速度、力度等参数，确保机械手的准确运行。
大跨度钢管桁架结构设计分析
大跨度钢管桁架结构设计分析[摘要] 近些年来，随着经济的发展，钢产量的提升。
大跨度结构迅速发展，钢管结构以其力学性能优，造型适应性好，建筑表现力佳而越来越受到建筑师和结构师的青睐。
由于生产工艺及空间的要求，厂房的屋面也开始采用大跨度结构，钢管桁架屋面梁由于可以充分利用材料的特性，本文结合某工业厂房为例,对管桁架结构设计和施工进行了阐述，仅供同仁参考。
关键词：钢管桁架设计施工吊装一、钢结构厂房设计的要点1钢结构厂房设计采用的结构体系钢结构厂房因为工艺布置的要求，一般都需要大空间，结构通常采用框架结构，在层数较多、工艺条件许可的情况下也可以采用框剪结构。
结构布置的原则是：尽量使柱网对称均匀布置，使房屋的刚度中心与质量中心相近，以减小房屋的空间扭转作用，结构体系要求简捷、规则、传力明确。
避免出现应力集中和变形突变的凹角和收缩，以及竖向变化过多的外挑和内收，力求沿竖向的刚度不突变或少突变。
由于多层厂房跨度方向尺寸较大，柱子少；而柱距方向尺寸较小，柱子多。
一般都是横向控制，使纵横向的抗震能力大致相同，不仅有利于抗震，也使设计更为经济合理。
2框架结构的节点设计连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一，“三强”设计原则中有两条涉及到节点的设计.在结构分析前就应对节点的形式有充分思考与确定，最终设计的节点与结构分析模型应与使用形式完全一致.按传力特性不同，节点分刚接、铰接和半刚接.节点设计主要包括以下内容：①焊接.对焊接焊缝的尺寸及形式等，规范有强制规定，应严格遵守，焊条的选用应和被连接金属材质适应，E43对应Q235，E50对应Q345，Q235与Q345连接时应该选择低强度的E43，而不是E50.焊接设计中不得任意加大焊缝，焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近.②栓接.普通螺栓抗剪性能差，可在次要结构部位使用.高强螺栓使用日益广泛，常用8.8级和10.9级两个强度等级，根据受力特点分承压型和磨擦型，两者计算方法不同，高强螺栓最小规格M12，常用M16~M24，超大规格的螺栓性能不稳定，设计中应慎重使用. ③连接板.可简单取其厚度为梁腹板厚度加4mm，然后验算净截面抗剪等. ④梁腹板.应验算栓孔处腹板的净截面抗剪，承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压. ⑤节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等，此外，还应尽可能使工人能方便地进行现场定位与临时固定.⑥节点设计必须考虑制造厂的工艺水平，比如钢管连接节点的相贯线的切口需要数控机床等设备才能完成.二、工程概况1、工程概况该项目位于江苏省昆山市，为框排架结构，局部二层,一层为钢筋砼柱，钢结构屋面，局部二层为钢筋砼框架结构，独立承台桩基础。
桁架结构优化设计
桁架结构优化设计一般所谓的优化，是指从完成某一任务所有可能方案中按某种标准寻找最佳方案。
结构优化设计的基本思想是，使所设计的结构或构件不仅满足强度、刚度与稳定性等方面的要求，同时又在追求某种或某些目标方面（质量最轻，承载最高，价格最低，体积最小）达到最佳程度。
对于图1-1的结构，已知L=2m，x b=1m，载荷P=100kN，桁架材料的密度r=7.7x10-5N/mm3，[δt]=150Mpa，[δc]=100Mpa，y b的范围：0.5m≦y b≦1.5m。
图1-1 桁架结构设计变量与目标函数（质量最小）预定参数（设计中已确定，设计者不能任意修改的量）：L ， x b ，P ，r ，[δt ] ，[δc ]设计变量（可由设计者调整的量）y b ，A 1，A 2 约束条件（对设计变量的约束条件） （1） 强度条件约束（截面、杆件的强度） （2） 几何条件约束（B 点的高度范围） 目标函数：桁架的质量W （最小）解：1. 应力分析0sin sin 02112=--=∑θθN N F x0cos cos 02112=---=∑P N N Fyθθ由此得：)sin(sin 2111θθθ+=p N )sin(sin 2122θθθ+-=p N由正弦定理得：ly l x pN B B 21)(2-+=ly x pN BB 222+=由此得杆1和2横截面上的正应力121)(2lA y l x pB B -+=σ2222lA y x pB B +=σ2.最轻质量设计目标函数（桁架的质量）))((222122B B y x A y l x A W B B ++-+=γ（1-1）约束条件[][]⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≤+≤-+c B t B lA y x p lA y l x p B B σσ221222)( （1-2）0.5≦y b ≦1.5（m ） （1-3） （于是问题归结为：在满足上述约束条件下，确定设计变量y b ，A 1，A 2，使目标函数W 最小。
讲义总结下承式简支钢桁架桥施工设计总体解析简支钢桁梁3
在交叉形的纵向联结系中，应计算由于主桁弦杆变形
或横梁变形所引起的联结系杆件的内力。
由于主桁弦杆变形或横梁变形所引起的联结系杆件的
内力，可按下列公式计算：
交叉形斜杆因弦杆变形而生的内力：
Nd
=
N A
× 1+ 2
Ad
Ad cos2 α sin 3 α + Ad
cos3 α
Ap
A
交叉形，当横梁兼作撑杆：
Nd
交叉形的腹杆体系
桥梁工程
交叉形上平纵联
桥梁工程
交叉形的腹杆体系
2、平纵联的计算 简支桁架桥的平纵联的计算图式是水平放置的简支铰
接桁架，其计算跨度或等于主桁跨度，或等于主桁上弦端 节点之间的距离。
平纵联所受的荷载包括：横向风力，列车横向摇摆 力，离心力(若是弯道桥)，由于弦杆变形所引起的力。
桥梁工程
纵梁跨中弯矩和梁端剪力影响线见下图 跨中恒载弯矩：
M p = p × Ω1
梁端恒载剪力：
Qp = p×Ω2
跨中活载弯矩：
M k = η(1 + μ)K1 × Ω1
梁端活载剪力：
Qk = η(1 + μ)K 2 × Ω2
(2)纵梁的应力计算 包括：弯曲应力、疲劳强度、剪应力
桥梁工程
桥梁工程
二、纵梁和横梁的计算
鱼形板应力计算和疲劳强度的验算如下：
σ = N0 ≤ [σ ]
A0
γ dγ n (σ max − σ min ) ≤ γ t [σ 0 ]
式中 A0 —鱼形板的净截面面积； [σ ] —鱼形板的容许应力；
[σ 0 ] —疲劳容许应力幅。
桥梁工程
每块鱼形板与纵梁翼缘连接所需的螺栓数：
钢管桁架结构计算和分析
25Building Structure专业软件讲座We learn we go3D3S10.0钢管桁架结构计算和分析上海同磊土木工程技术公司3D3S 技术部3D3S V10.0版钢管桁架结构在后处理以及相贯加工方面增加了一些功能，增加了后处理菜单中定义、查询、取消杆件顺序号等命令以及相贯加工菜单，其中包括相贯加工控制参数、杆件下料、生成法因相贯加工数据、生成国际标准ISO 相贯加工数据等命令。
更好地满足了客户对相贯加工参数的控制以及输出数据的有效利用。
桁架模块适用于任何形式的平面及空间桁架结构，包含滑移、沉降、弹性等多类支座形式，跨度及具体体型不限，适用于桁架与多种形式的混合结构：钢柱+桁架、 框架+桁架、张拉弦+桁架、网架+桁架等。
下面简单介绍一下3D3S 10.0钢管桁架结构的设计流程：建模—计算分析以及设计—节点验算—后处理—施工图绘制——相贯加工。
1 建模3D3S10.0钢管桁架结构模块是将建模、分析计算与后处理以及相贯加工结合在一起的有限元分析设计软件，其目标对象是从其他结构设计软件中导入并在空间建模中扩充的结构模型以及3D3S 中的自建模型（图1）。
图1 3D3S 钢管桁架结构模块界面可以由一根或二根或三根或四根辅助线直接生成桁架，或通过LINE 命令画出桁架杆件，或直接导入ACAD 桁架模型。
使用结构编辑工具编辑模型构件属性，确定模型的结构体系，分为四种：平面桁架、平面框架、空间桁架、空间框架，见图2。
如图1所示的模型，要把其结构体系定义为空间框架，然后把上部结构进行单元释放，见图3。
图2 结构体系选择 图3 定义单元释放3D3S10.0钢管桁架结构模块中节点荷载、单元荷载、面荷载、地震作用、温度荷载、支座位移等自由添加，配合预应力模块，可进行预张力索构件的添加，见图4。
图4 荷载库2计算分析和设计1）进行各个工况和组合的内力分析，得到相应的内力和位移，见图5，6。
图5 查询内力图6 查询最大位移2）配合高级版的基本模块，可以进行几何非线性的内力和位移计算，得到结构的极限承载力。
桁架结构设计
试用截面法求图示桁架指定杆件的内力。
nm 1
A 2.5FP
34
n2m FP FP FP FP FP
6 5m
6m B
2.5FP
FN1 =-3.75FP FN4=0.65FP
FN2 =3.33FP FN3 =-0.50FP
试用截面法求图示桁架指定杆件的内力。
FN1 =-3.75FP
FN2 =3.33FP
34.8 19
-8
-8
-5.4 -5.4
37.5
34.8 19
小结：
• 以结点作为平衡对象，结点承受汇交力 系作用。
• 按与“组成顺序相反”的原则，逐次建 立各结点的平衡方程，则桁架各结点未 知内力数目一定不超过独立平衡方程数。
• 由结点平衡方程求得桁架各杆内力。
在用结点法进行计算时，注意以下三点， 可使计算过程得到简化。
2.5.5 组合结构的计算
组合结构——由链杆和受弯杆件混合组成的结构。
A FN图(kN)
5 kN
8 kN I 4
C
12 M图(kN . m)
B
-6 F 6 12
-6 G
2m
D
E
4m 2m 2m 4m
4 m 3 kN
I
一般情况下应先计算链杆的轴力 取隔离体时宜尽量避免截断受弯杆件
使计算过程得到简化。 1.相似三角形的应用 在计算中，经常需要把斜杆的内力S分解为水 平分力X和竖向分力Y。设斜杆的长度为L,其水 平和竖向投影的长度分别为Lx和Ly,则由比例关 系可知：
Y
S
α
X L
Ly
α
Lx
S
S X Y L Lx Ly
2. 结点单杆 以结点为平衡对象能仅用一个方程求 出内力的杆件，称为结点单杆（nodal single bar）。
桁架桥梁结构分析设置分解
背景素材选自位于密执安的"Old North Park Bridge"
(1904 - 1988)。该桁架桥由型钢组成，顶梁及侧梁，桥身 弦杆，底梁分别采用3种不同型号的型钢。桥长L=32m,桥 高H=5.5m。桥身由8段桁架组成，每段长4m。该桥梁可 以通行卡车，若这里仅考虑卡车位于桥梁中间位置，假设 卡车的质量为4000kg，若取一半的模型，可以将卡车对 桥梁的作用力简化为P1 ，P2和P3 ，其中P1= P3=5000 N, P2=10000N。
(5) 定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →
Material Props → Material Models → Structural → Linear → Elastic → Isotropic → input EX: 2.1e11, PRXY: 0.3(定义泊松比 及弹性模量) → OK → Density (定义材料密度) → input DENS: 7800, → OK → Close（关闭 材料定义窗口）
(8) 施加载荷 ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads →
Apply → Structural → Force/Moment → On Keypoints → 选取底梁上卡车两侧关键点（X坐标为 12及20） → OK → select Lab: FY，Value: -5000 → Apply → 选取底梁上卡车中部关键点（X坐标为16） → OK → select Lab: FY，Value: -10000 → OK → ANSYS Utility Menu：→ Select → Everything
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桁架内力分析
桁架结构（truss structure）
横梁
主桁架
纵梁
2.5.1 概述
一、桁架的组成和特点 桁架是由若干杆件在每杆两端用铰联 结而成的结构。当各杆的轴线都在同一 平面内，且外力也在这个平面内时，称 为平面桁架。在平面桁架的计算简图中， 通常引用如下假定：
（1）各结点都是无摩擦的理想铰。
对称结构受对称荷载作用, 内力和反 力均为对称:
E 点无荷载,红色杆不受力
FAy
FBy
对称结构受反对称荷载作用, 内力和 反力均为反对称:
垂直对称轴的杆不受力
FAy
FBy
对称轴处的杆不受力
2.5.4
截
面
法
截取桁架的某一局部作为隔离体，由 平面任意力系的平衡方程即可求得未知的 轴力。 对于平面桁架，由于平面任意力系的 独立平衡方程数为3，因此所截断的杆件数 一般不宜超过3
在用结点法进行计算时，注意以下三点， 可使计算过程得到简化。
1. 对称性的利用 如果结构的杆件轴线对某轴（空间桁架为 某面）对称，结构的支座也对同一条轴对 称的静定结构，则该结构称为对称结构 （symmetrical structure）。 对称结构在对称或反对称的荷载作用下， 结构的内力和变形（也称为反应）必然对 称或反对称，这称为对称性（symmetry）。
2.5.5
组合结构的计算
8 kN
I
组合结构——由链杆和受弯杆件混合组成的结构。 12 G E 4m
I
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
A FN图(kN) 5 kN
4 -6 F 6 12
M图(kN . m)
B 2m 4m 3 kN
C -6
D 4m 2m 2m
一般情况下应先计算链杆的轴力 取隔离体时宜尽量避免截断受弯杆件
0
-33 34.8 19 -8
-33
19
0
-33 34.8 19 -8
-33 -5.4 37.5 19
-8 kN
YDE CD 0.75 X DE CE 0.5
0
-33 34.8 19 -8
-33
-33 -8
-33 34.8 19
-5.4 -5.4 37.5
小结：
• 以结点作为平衡对象，结点承受汇交力 系作用。 • 按与“组成顺序相反”的原则，逐次建 立各结点的平衡方程，则桁架各结点未 知内力数目一定不超过独立平衡方程数。 • 由结点平衡方程求得桁架各杆内力。
2.5.2 桁架结构的分类：
一、根据维数分类 1. 平面（二维）桁架（plane truss） ——所有组成桁架的杆件以及荷载的作 用线都在同一平面内
2. 空间（三维）桁架（space truss） ——组成桁架的杆件不都在同一平面内
二、按外型分类 1. 平行弦桁架 2. 三角形桁架
3. 抛物线桁架
FN2 =3.33FP
FN3 =-0.50FP
截面单杆 截面法取出的隔离体，不管其上 有几个轴力，如果某杆的轴力可以通过列一 个平衡方程求得，则此杆称为截面单杆。 可能的截面单杆通常有相交型和平行型两种 形式。
小结： 熟练掌握 计算桁架内力的基 本方法： 结点法和截面法 采取最简捷的途径计算桁架内力 能够分析和计算组合结构的内力 尤其注意区分二力杆和非二力杆
4. 梯形桁架
三、按几何组成分类 简单桁架 （simple truss）
联合桁架 （combined truss）
复杂桁架 （complicated truss）
四、按受力特点分类：
1. 梁式桁架
2. 拱式桁架
五、计算方法 １.结点法 2.截面法 3.联合法
六、结构计算的技巧应用 在用结点法进行计算时，注意以下三点，可 使计算过程得到简化。 1.相似三角形的应用 在计算中，经常需要把斜杆的内力S分解为水 平分力X和竖向分力Y。设斜杆的长度为L,其水 平和竖向投影的长度分别为Lx和Ly,则由比例关 系可知：
试用截面法求图示桁架指定杆件的内力。
n m 1 3 A 2.5FP FP 4 n2m FP FP B FP FP 6m
6 5m
2.5FP
FN1 =-3.75FP FN4=0.65FP
FN2 =3.33FP FN3 =-0.50FP
试用截面法求图示桁架指定杆件的内力。
FN1 =-3.75FP
FN4=0.65FP
（2）各杆轴线绝对平直，并通过铰的 中心。 （3）荷载和支座反力作用在结点上。 二、桁架的各部名称
弦杆 下弦杆
上弦杆
斜杆
竖杆
腹杆 桁高
d 节间 跨度
• 经抽象简化后，杆轴交于一点，且“只 受结点荷载作用的直杆、铰结体系”的 工程结构. • 特性：只有轴力，而没有弯矩和剪力。 轴力又称为主内力（primary internal forces）。
FN=0
FN=0
判断结构中的零杆
FP FP FP/2
FP/ 2
FP
2.5.3
结点法（nodal analysis method）
以只有一个结点的隔离体为研究对象，用 汇交力系的平衡方程求解各杆的内力的方法 例1. 求以下桁架各杆的内力
0
-33 34.8 19 19
YNAD CD 0.5 X NAD AC 1.5
Y
S
α
X L Ly
α
S
Lx
S X Y L Lx Ly
2. 结点单杆 以结点为平衡对象能仅用一个方程 求出内力的杆件，称为结点单杆（nodal single bar）。 利用这个概念，根据荷载状况可判断此杆内力是 否为零。 3. 零杆 零内力杆简称零杆（zero bar）。
FN2=0
FN1=0