大型钢结构桁架设计方法
大跨度钢桁架桥梁的结构设计
大跨度钢桁架桥梁的结构设计摘要钢桁架桥梁的使用主要在一些公路桥梁中，在城市规划建设中使用较少。
但是近些年来随着城市道路的快速发展和铁道事业不断推进，大跨度的钢桁架梁桥也得到了很大的发展。
鉴于大跨度钢桁架桥梁在使用中施工方便和能够承载较大的交通量的优势，给城市中桥梁建设提供了更多的选择。
在本文中，详细的介绍了大跨度钢桁架桥梁的结构设计特点，包含有桥梁结构的构造要求，通过使用有限元软件的分析方式，对于大跨度钢桁架梁桥的设计要点和结构承载进行讨论。
关键词大跨度钢桥；大钢桁架桥梁；结构设计；桥梁设计在城市的发展过程中，对于交通的需求不断提升。
在遇到自然阻碍的情况下需要不断提高工程的智慧来完成实际的需要。
面对江河的阻隔，架设桥梁方面就需要改变以往的设计思路。
这样的情况下，大跨度钢桁架桥梁就应运而生。
下面我们对大跨度钢桁架桥梁的结构进行设计。
1 工程结构概况某桥梁的整体结构选用下承式大跨度钢桁架桥梁，在桥梁的上部结构中包括有桥面结构、主桁架、桥梁连接体和桥梁支座等五个主要部分。
大跨度钢桁架桥梁桥面铺装结构使用厚度为30cm的钢筋混凝土连续板，并在钢筋混凝土上面铺设有3cm～6cm的防水层和6cm的沥青混凝土层。
整体的桥面板上采用16个现浇钢横梁。
桥梁的上部结构中所选用的混凝土强度为C45，承受荷载的钢筋为HRB450，构造筋为HRB400。
大跨度钢桁架桥梁的桥面结构由钢横梁和纵梁组成。
相比于一般跨径的传力结构相似，大跨度钢桁架桥梁通过桥面将荷载向下传递（纵梁--横梁），通过传力节点最终分布在钢桁架杆件中。
在桥面的钢桁架的横梁中有16道，断面采用工字型的焊接钢，尺寸为2□800×60，1□850×50（单位mm）。
因考虑到桥梁的结构为大跨度，承受的荷载较大，所以结构设计时采用混凝土和钢架共同受力的模式，同时在钢架顶端设置有螺栓剪力键，更好的使混凝土和钢架共同受力。
桥梁的连接体的作用是使得横梁和纵梁能够在风荷载的作用下保持稳定性，并且能在地震的作用下有一定的抗倾覆能力。
大跨度钢结构空间管桁架设计要点分析
大跨度钢结构空间管桁架设计要点分析随着建筑业的不断发展和技术的进步，大跨度钢结构的应用越来越广泛，尤其是在大型体育馆、展览馆、航站楼等建筑中。
而在大跨度钢结构中，空间管桁架是一种常见的结构形式，具有结构稳定性好、自重轻、构造灵活等优点。
本文将针对大跨度钢结构空间管桁架的设计要点进行深入分析，以期为工程师在设计中提供一定的参考。
一、结构形式空间管桁架是由若干根钢管通过节点连接而成，形成一个具有一定刚度和强度的整体结构，常用于跨度较大的建筑中。
空间管桁架的主要构件包括主杆、次杆和节点。
主杆一般沿着桁架的主要荷载方向布置，次杆则连接在主杆之间，并与主杆组成网格状结构。
节点则是连接主杆和次杆的重要部件，负责传递荷载和保证结构的整体稳定性。
二、荷载分析在进行空间管桁架的设计时，首先需要进行土建结构的荷载分析，包括自重荷载、活载和风荷载等。
针对大跨度建筑，特别需要关注风荷载的影响，因为在强风环境下，建筑结构需要能够稳定地抵御风的作用力。
在设计时需要考虑风荷载的大小和影响，合理设置剪力墙或者设置风柱来增加结构的稳定性。
三、节点设计节点作为空间管桁架的重要连接部件，其设计和连接质量直接关系到整个结构的安全性和稳定性。
在节点的设计中，需要考虑节点的承载能力、刚度和变形能力，以及节点的连接方式、焊接方法和构造细节等。
一般来说，节点设计需要满足强度和刚度的要求，同时要考虑节点连接的可靠性和施工的便利性。
四、材料选择在大跨度钢结构空间管桁架的设计中，材料选择是至关重要的一环。
常见的材料包括碳钢、合金钢和不锈钢等，需要根据具体使用条件和要求来选择合适的材料。
材料的选择不仅需要考虑到强度和韧性等力学性能，还需考虑到耐腐蚀性、抗疲劳性、可焊性等方面的性能。
五、构造细节在空间管桁架的设计中，构造细节的合理性和精准度直接关系到结构的整体质量和稳定性。
需要对于结构的构造细节进行精心设计和施工。
包括焊接接头的设计、节点的连接方式、管杆的切割和加工等都需要考虑到细节的处理和施工质量。
桁架设计
江苏王子制纸年产40万吨涂布纸工程施工组织设计徐州义隆钢结构有限公司目录一、总则二、工程概况三、编制依据四、主要加工工艺方法五、钢结构主要施工方案六、确保工程质量技术组织措施七、确保工期技术组织措施八、确保安全施工的组织措施九、确保文明施工的组织措施十、劳动力安排计划十一、季节性施工措施十二、成品保护方案及措施十三、工程验收一、总则：为确保江苏王子制纸年产40万吨涂布纸工程材料的制作、运输、安装及整个工程的施工能符合设计和国家有关规范、规程及相关标准的要求；同时为保证整个工程进度，质量及施工安全，特制定本方案。
本方案本着科学务实的原则，明确了整个工程施工全过程的具体做法及相关要求。
二、工程概况：1、工程名称：江苏王子制纸年产40万吨涂布纸工程2、工程地点：江苏省南通市经济技术开发区3、工程范围：按图纸要求4、结构型式：轻钢屋面结构5、工程规模： 48016㎡三、编制依据：1、本工程采用的技术规范：《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205-2001《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ 81-91《钢结构高强度螺栓连接的设计施工及验收规程》JGJ82-91（2）屋面工程《屋面工程质量验收规范》GB 50207-20022、评定标准：《钢结构工程质量检验评定标准》GB 50221-953、本工程主要设计遵循规范、规程及规定：《建筑结构荷载规范》GB5009-2001《钢结构设计规范》GB50017-2003《门式架轻型房屋钢结构技术规范》CECS102：2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002《建筑抗震设计规范》GB50011-2001《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205-2001《压型金属板设计施工规程》YBJ216-884、设计荷载标准值主要荷载标准值屋面恒荷载： 0.50 KN/㎡屋面活荷载: 0.50 KN/㎡(用于钢架)0.50 KN/㎡(用于檩条)基本风压： 0.45 KN/㎡基本雪压： 0.25 KN/㎡建筑抗震设防类别：7度。
大跨度钢结构空间管桁架设计要点分析
大跨度钢结构空间管桁架设计要点分析大跨度钢结构空间管桁架是一种常用的结构形式，其主要特点是具有较好的刚度和轻质化特性，适用于大跨度建筑物的结构设计。
以下是大跨度钢结构空间管桁架设计的要点分析。
1. 结构形式选择：大跨度钢结构空间管桁架的结构形式可分为平面桁架和空间桁架两种。
平面桁架适用于跨度较短的建筑结构，空间桁架则适用于大跨度建筑结构。
根据具体的使用要求和工程条件选取合适的结构形式。
2. 载荷分析：在进行大跨度钢结构空间管桁架设计时，首先需要进行载荷分析。
根据建筑物的功能和使用要求确定各种荷载，包括自重、活载、风载、温度变形等荷载。
同时需要考虑荷载组合，并按照相应的规范计算各种荷载的作用。
3. 杆件参数设计：大跨度钢结构空间管桁架的主要构件为钢管，在设计过程中需要确定钢管的参数，包括材料强度、截面尺寸、连接方式等。
根据结构的荷载和刚度要求，计算确定合适的钢管参数。
4. 连接节点设计：连接节点是大跨度钢结构空间管桁架的重要组成部分，直接影响着整个结构的安全性和稳定性。
节点设计需考虑节点形式、连接方式、节点强度等因素，并满足相应的规范要求。
常用的连接方式包括焊接、螺栓连接等。
5. 稳定性分析：大跨度钢结构空间管桁架在受到荷载作用时，需要保证整个结构的稳定性。
稳定性分析包括整体稳定性和局部稳定性两个方面，需要对结构进行弹性稳定和极限强度的计算和分析。
同时还需要考虑结构在施工过程中的临时稳定性。
6. 防腐保护：钢结构在使用过程中容易发生腐蚀，特别是在大跨度钢结构空间管桁架中，经常受到大气和湿度的影响。
在设计过程中需要考虑钢结构的防腐保护措施，包括防腐涂料、防锈涂料、防腐处理等。
7. 施工和拆除：大跨度钢结构空间管桁架的施工和拆除略复杂，需要考虑结构的拼装工艺和施工顺序。
设计时需要考虑结构的可拆性和可重复利用性，以方便后期的维修和改造。
大跨度钢结构桁架整体提升施工工法
大跨度钢结构桁架整体提升施工工法大跨度钢结构桁架整体提升施工工法一、前言大跨度钢结构桁架整体提升施工工法是一种应用于大型建筑工程中的先进施工技术，通过整体提升的方式将钢结构桁架安装到预定位置，具有施工效率高、质量可控、安全可靠等优点。
二、工法特点1. 施工效率高：利用整体提升的方式可以将大跨度钢结构桁架一次性安装到位，避免了逐段组装的繁琐过程，提高了施工效率。
2. 质量可控：整体提升施工能够保证钢结构桁架的整体性和一致性，避免了由于拼装过程中产生的尺寸误差和接头强度不足等问题。
3. 安全可靠：利用整体提升施工方式，降低了施工现场的危险性，减少了高空作业和高风险作业的时间和频率，提高了工人的安全系数。
三、适应范围大跨度钢结构桁架整体提升施工工法适用于各类大型建筑工程，特别是那些要求结构整体性和施工进度的工程，如体育馆、展览中心、机场大厅等。
四、工艺原理采用大跨度钢结构桁架整体提升施工工法时，需要首先进行详细的工程测量和设计，确定提升方案和提升轨道。
在施工过程中，需要采取多项技术措施，包括施工设备的选择与调试、搭设提升轨道、提升控制技术等，以实现工法的成功应用。
五、施工工艺大跨度钢结构桁架整体提升施工工法的具体施工工艺包括以下几个阶段：1. 基础准备：确保施工场地平整，并按照设计要求搭设起提升轨道。
2. 提升之前准备：安装起重设备，进行设备调试和安全检查。
3. 支撑装置设置：在桁架下方安装支撑装置，以保证整体提升过程中的稳定性。
4. 钢结构桁架整体提升：通过起重设备将钢结构桁架整体提升到预定位置。
5. 安装调整：在提升到位后，进行调整和固定，确保钢结构桁架的水平度和垂直度。
6. 拆除支撑装置：在整体提升完成后，拆除支撑装置，完成钢结构桁架的安装。
六、劳动组织在大跨度钢结构桁架整体提升施工工法中，需要组织一支高效的施工队伍，包括项目经理、技术人员、操作工等，确保施工过程的顺利进行。
七、机具设备该工法所需的机具设备包括起重机、电动葫芦、调整工具等。
大跨度钢结构空间管桁架设计要点分析
大跨度钢结构空间管桁架设计要点分析大跨度钢结构空间管桁架是一种常用的结构形式，它具有轻质、高强、刚度好、施工周期短等优点，广泛应用于航空、体育馆、展览馆等大跨度结构中。
本文将对大跨度钢结构空间管桁架的设计要点进行分析。
一、选择合适的钢管材料和型号钢管材料的选择对于大跨度钢结构空间管桁架的设计非常重要。
一般情况下，常用的钢管材料有Q235B和Q345B两种，Q235B钢管强度适中，成本较低；Q345B钢管强度高，耐候性好。
在具体选择时，需要根据实际情况（如荷载大小、跨度等）进行合理选择。
二、确定合理的结构形式和节点连接方式大跨度钢结构空间管桁架的结构形式多样，常见的有层叠式和平行式两种。
在选择结构形式时，需要考虑荷载大小、工期、施工条件等因素，确保结构的稳定性和安全性。
在节点连接方式的选择上，一般采用螺栓连接和焊接连接两种方式。
螺栓连接常用于易拆卸的节点，焊接连接适用于固定节点。
三、考虑荷载特点和荷载组合在大跨度钢结构空间管桁架的设计中，荷载特点和荷载组合是关键因素之一。
荷载特点包括静荷载和动荷载，静荷载一般是指自重、雪载、风压等静止荷载，动荷载则包括人员活动、设备振动等动态荷载。
荷载组合则是指不同荷载之间的组合概率和作用方式，需要根据实际情况进行合理组合和计算。
四、进行整体稳定和局部稳定分析在大跨度钢结构空间管桁架的设计中，整体稳定和局部稳定都是非常重要的。
整体稳定是指结构在整体受力下的稳定性，需要通过强度计算和位移计算等方法进行分析。
局部稳定则是指结构在局部受力下的稳定性，如节点、连接点等。
常见的局部稳定问题有屈曲、层屈等，需要通过合理的设计和加强措施进行解决。
五、考虑施工和运输限制大跨度钢结构空间管桁架的施工和运输也是需要考虑的因素。
在设计过程中，需要充分考虑施工条件和限制，如吊装设备的承载能力、现场施工空间的限制等。
在运输过程中，需要考虑各种交通工具的限制，确保结构在运输过程中不受损坏。
大跨度钢结构空间管桁架的设计要点包括选择合适的钢管材料和型号、确定合理的结构形式和节点连接方式、考虑荷载特点和荷载组合、进行整体稳定和局部稳定分析、考虑施工和运输限制等。
大跨度钢结构空间管桁架设计要点分析
大跨度钢结构空间管桁架设计要点分析1. 引言1.1 背景介绍钢结构在建筑领域中扮演着重要角色，其特点是强度高、承重能力强、施工速度快等优点。
随着建筑技术的不断发展，大跨度钢结构空间管桁架成为了一种常见的设计形式。
其通过管道和节点的连接形成桁架结构，具有较高的抗压和弯曲能力，适用于大跨度空间内的支撑和承载。
大跨度钢结构空间管桁架设计是一门研究工程结构的综合性科学，涉及材料力学、结构力学、工程力学等多个领域的知识。
设计者需考虑力学性能、结构稳定性、材料选择等方面的因素，以确保结构在使用过程中能够安全可靠地承受外部荷载。
钢结构空间管桁架的设计也需要考虑建筑的功能需求和美学要求，使其既能实现结构的功能，又能融入到建筑环境中。
在本研究中，我们将对大跨度钢结构空间管桁架的设计要点进行分析和探讨，包括结构形式选择、节点连接设计、梁柱设计和稳定性分析等方面。
通过对这些要点的深入研究和分析，希望能够为工程设计者提供一定的参考和指导，促进大跨度钢结构空间管桁架的应用与发展。
1.2 研究目的研究目的是为了深入探讨大跨度钢结构空间管桁架设计的关键要点，从而提高设计质量和施工效率。
通过对管桁架结构形式选择、节点连接设计、梁柱设计和稳定性分析等方面进行详细分析，可以为工程师在实际项目中提供参考和指导。
研究也旨在总结经验教训，发现设计中存在的问题和不足，为今后类似工程的设计提供更好的建议和解决方案。
通过本研究的开展，可以促进大跨度钢结构空间管桁架设计技术的进步和应用，推动工程结构领域的发展，提升我国在大跨度钢结构设计领域的竞争力和声誉。
1.3 研究意义大跨度钢结构空间管桁架在现代建筑中起着至关重要的作用。
其研究意义主要体现在以下几个方面：大跨度钢结构空间管桁架设计的研究可以有效提高建筑结构的抗震性能和承载能力。
由于大跨度空间结构受到外力作用较大，必须具有较高的稳定性和抗风、抗震能力。
对其设计关键点进行分析和优化可以大幅提高整体结构的安全性。
大跨度钢结构空间管桁架设计要点分析
大跨度钢结构空间管桁架设计要点分析
大跨度钢结构空间管桁架是一种结构形式独特、适用范围广泛的钢结构。
它以钢管为主要构件，具有独特的设计特点和应用优势。
本文将从设计要点的角度对大跨度钢结构空间管桁架进行分析，以期加深对该结构形式的理解和应用。
大跨度钢结构空间管桁架的设计要点之一是结构稳定性。
由于大跨度结构受风荷载和自重等影响，结构稳定性是设计的重点之一。
在设计中，需充分考虑大跨度结构的整体稳定性，采取合适的措施来增强结构的抗风荷载和自重的能力。
合理设置稳定杆件和增强节点连接等均是提高结构稳定性的重要手段。
施工和安装是大跨度钢结构空间管桁架设计的重要考虑因素。
由于大跨度结构的体量和尺寸较大，因此在设计中需充分考虑结构的施工和安装性能。
需要合理设置构件的尺寸和连接方式，以便于施工和安装。
在设计中也要考虑到结构的拼装和拆卸方便性，以减少施工过程中的工期和成本。
结构的经济性也是大跨度钢结构空间管桁架设计的关键要点之一。
在设计中，需要充分考虑结构的成本和性能，选用合适的材料和构造形式，以满足结构的使用需求和减少工程投资。
还需要优化设计，减少结构的自重和构件数量，从而提高结构的经济性。
大跨度钢结构空间管桁架的设计要点涉及结构稳定性、刚度和承载力、施工和安装性能、以及经济性等多个方面。
在设计和实际应用中，需要综合考虑这些因素，并根据具体工程要求采取相应的措施，以确保结构的安全、可靠、经济和实用。
希望本文的内容能够对大跨度钢结构空间管桁架的设计和应用提供一定的参考和帮助。
20米大跨度钢桁架设计造价
20米大跨度钢桁架设计造价钢桁架是一种常用于大跨度建筑结构的钢结构系统。
它具有强度高、刚度好、重量轻等优点，适用于体育馆、展览馆、机场候机楼等大跨度建筑。
本文将以20米大跨度钢桁架的设计与造价为主题展开论述。
一、设计阶段1. 桥梁设计挠度要求：大跨度钢桁架结构为抗弯结构，在设计阶段需要满足各个试点的跳跃挠度要求。
该项要求对梁体的抗弯和刚度要求较高，需要合理设计桁架的几何形态和材料。
2. 荷载计算：在设计阶段，需进行荷载计算，根据建筑使用的功能和场地环境，确定持续荷载和瞬时荷载的数值，并按照规范对荷载进行组合计算，以确定桁架的尺寸和横截面形状。
3. 横截面设计：横截面是桁架结构中一个重要的部分，需要根据荷载计算的结果，进行合理的横截面设计。
通常，横截面设计要尽量减小杆件的自重和阻力，并保证其足够的强度和刚度。
4. 连接设计：连接件是桁架结构中最为重要的部分之一，其设计与桁架的安全和稳定密切相关。
连接件需要保证桁架的各个部分能够合理、安全地连接在一起，避免结构松散和断裂的情况发生。
二、材料选择1. 桁架结构的主要材料是钢材，通常选择使用碳素钢、合金钢或不锈钢等材料。
这些钢材具有高强度、高刚度、耐腐蚀等优点，能够满足大跨度钢桁架结构的使用要求。
2. 钢材的选择要根据设计要求和实际情况进行，考虑到荷载要求、桁架的自重、施工便利性等因素。
一般来说，强度高且质轻的材料是首选，可以减小结构的自重。
三、造价估算桁架结构的造价主要包括材料造价、制作工艺费用、施工费用和维护费用等方面。
1. 材料造价：材料造价主要包括钢材、连接件和其他附件。
钢材的价格会根据市场行情进行浮动，而连接件和其他附件的价格相对较稳定。
2. 制作工艺费用：制作工艺费用包括制造设备的购置、人员工资、设备维护等费用。
它们直接影响到桁架的制造质量和生产效率。
3. 施工费用：施工费用主要是指安装和搭建钢桁架结构所需的人工和机械设备费用。
大跨度钢桁架结构的搭建对施工技术和操作要求较高，因此施工费用相对较高。
大跨度钢结构空间管桁架设计要点分析
大跨度钢结构空间管桁架设计要点分析大跨度钢结构空间管桁架是一种常用于大跨度空间结构的主要结构形式，其设计极为复杂，需要考虑诸多因素。
本文将对大跨度钢结构空间管桁架的设计要点进行分析，以便工程师和设计师更好地理解和应用这一结构形式。
一、荷载分析在设计大跨度钢结构空间管桁架时，首先需要对结构所受荷载进行分析。
这些荷载包括静载荷和动载荷，如自重、风荷载、雪荷载、地震荷载等。
在设计过程中，需要充分考虑各种荷载的作用，以确保结构的安全性和稳定性。
静载荷通常由结构自重和附加荷载组成，而动载荷则包括风荷载、雪荷载和地震荷载等，这些荷载的大小和作用方式对结构的设计都有重要影响。
二、结构形式选择钢结构空间管桁架可以采用各种不同的结构形式，如平面桁架、空间桁架、曲面桁架等。
在设计时需要充分考虑结构所处的环境和功能需求，选择最适合的结构形式。
一般来说，大跨度空间管桁架适合采用曲面结构形式，这样可以更好地适应外部荷载的作用，并且能够提供更大的空间利用效率。
而在选择结构形式时，还需要考虑材料的可获性、加工制造的工艺技术和易于维护等因素。
三、材料选择在大跨度钢结构空间管桁架设计中，材料的选择是至关重要的。
一般来说，钢材是最常用的结构材料，因为它具有较高的抗压、抗拉和抗弯强度，并且具有良好的可塑性和施工性能。
对于有些场合，还可以考虑使用碳纤维等新型结构材料，以提高结构的性能和使用寿命。
在材料选择时，需要充分考虑材料的物理力学性能、腐蚀抗性、消防性能等因素。
四、构造形式设计大跨度钢结构空间管桁架的构造形式设计需要考虑很多因素，比如结构的整体稳定性、承载能力、连接方式、防腐蚀措施、维护便利性等。
一般来说，结构的构造形式应符合规范的要求，可采用焊接、螺栓连接、铆接等方式，以确保结构的稳定性和安全性。
还需要考虑结构的防腐蚀措施，一般采用涂漆、镀锌等方式保护结构，延长其使用寿命。
五、节点设计节点是大跨度钢结构空间管桁架的关键部位，其设计直接关系到结构的整体性能。
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[ K n1] [ K n2 ]
[ K ni ]
[ K nn ]
[ K 0] 即为总刚度矩阵。其中的各项, 实际上表
示当结构某节点发生任意一单位位移而其余的
节点位移均保持为零这种状态时相 应的节点
力。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1. 4 位移边界条件及结构刚度方程 根据反力互等定理可知, 总刚度方程为一
对称矩阵。在结构的支座位移边界条件未引入
计算出空间桁架的节点力和立柱、腹杆的 内力, 进而校核钢结构桁架的 强度、刚度和结构 稳定性。并运 用
A utoCA D 工具软件绘制出钢结构桁架的工作图。设计方法具有一定 的通用性, 对提高钢结 构桁架的设 计
效率, 缩短设计周期和提高经济效益具有 实际意义。
关键词: 钢结构; 桁架; 设计
中图分类号: T H122
[ t] [ 0] [T] =
( 17)
[ 0] [ t ]
cos( x , x ) cos( x , y ) cos( x , z ) [ t ] = cos( y , x ) cos( y , y ) cos( y , z )
cos( z , x ) cos( z , y ) cos( z , z )
( 11)
[ K ba] { D b} = { Pb}
( 12)
令 [ K ] = [ K aa] , { D } = { Da } , { P } = { Pa } -
[ K ab] { D b} , 则式( 9) 变为:
[ K ]{D} = {P}
( 13)
此式即结构刚度方程。可得:
{ D} = { P} / [ K ]
第1期
王 墅. 大型钢结构桁架设计方法
51
ox =
2 x
+
40
A / A 1x
oy =
2 y
+
40 A / A 1y
刚度条件为: max [ ] 。
式中, ox, oy 为相对 虚轴 x 、y 的换 算长细 比
( 见图 4) ; x , y 为整个构件对虚轴 x 、y 的长
细比; A 1x , A 1y 为构件横截 面所截垂直于 x -
方向一致为正。如此, 以子块形式表达的总刚
度方程为[ 2] :
[ K 11] [ K 12]
[ K 1i]
[ K 1n ] { D 1}
{ P 1}
[ K 21] [ K 22]
[ K 2i]
[ K 2n ] { D 2}
{ P 2}
=
( 6)
[ K i1] [ K i2]
[ K ii ]
[ K in] { Di}
方向节点位移都限制为零。根据矩阵代数的原
理, 将式( 6) 中第一类节点位移及其节点力分别
记作 { Da} 和 { Pa} ; 第二类节点位移及其节点
力分别记作{ D b} 和 { Pb } 。则可将式 ( 6) 简化 为以下形式:
[ K aa ] [ K ab] { Da }
{ Pa }
=
( 8)
算机高级语言编制了适用于大型钢结构桁架的
CAD 程序。以正在研究的换热器高空抽 芯作
业车主体钢结构桁架为例, 说明大型复杂钢结
构桁架的设计与计算方法。
1. 2 计算单元刚度矩阵 取空间桁架的单元刚度矩阵为[ 1] :
1 钢结构桁架矩阵分析
1. 1 力学模型及结构标识 先对结构离散化, 将结构划分成有限个单
=
xj - xi ( x j - x i) 2 + ( yj - y i) 2 + ( z j + z i) 2
第1期
王 墅. 大型钢结构桁架设计方法
49
cy =
ly l
=
yj - yi ( xj - xi) 2 + ( yj - yi) 2 + ( zj + z i) 2
cz =
lz l
=
zj - z i ( x j - x i ) 2 + ( y j - yi) 2 + ( z j + z i) 2
单元两端的杆端力向量, 而上式即为单元刚度
方程。由式( 15) 得到的是 结构坐标内的 杆端
力, 如果要求得单元杆内力, 需要求得局部坐标
系内的杆端力:
{f } = [ T ]{f }
( 16)
式中, { f } 为局部坐标系的杆端力, 其合力即为
杆内力; [ T ] 为坐标转换矩阵, 其表达式为:
王墅
( 抚顺石油学院机械分院, 辽宁抚顺 113001)
摘 要: 随着电力、交通、石油、化工业的快速发展, 在 实际工程设计中所遇 到的大型 钢结构桁架 设
计项目也越来越多。将计算结构力学的矩阵分析法引入到大型钢结构桁 架的静力分 析和力学 计算之中,
并运用计算机高级语言编制了大型钢结构桁架 的静力 分析和 力学计算 程序, 该计 算程序 能方便、快捷 地
式为:
[ K 0] { D 0} = { P 0}
( 3)
式中, [ K 0] 为总刚度矩阵; { D 0 } 为总的节点位
移向量; { P0} 为总 的节点力向量。式( 3) 即为
总刚度方程。
若一结构共有 n 个节点, 则节点位移向量 和节点力向量可分别表示为[ 2] :
{ D1}
{ P 1}
{ D2}
[ K ba] 和[ K bb] 与上述含义类同。 由式( 8) , 利用矩阵运算法则, 可得[ 2] :
式中, x , y , z 分别为局部坐标系的坐标轴; x , y , z 分别为总体坐标系的坐标轴。
2 空间桁架静力分析程序
换热器抽芯机主体结构静力分析程序共分 8 个子程序, 它们之间及其与主程序之间的调 用关系如图 3 所示。
3 主体金属结构的校核
3. 1 强度校核 根据材料力学的强度条件: = N max / A j [ ]
式中, N max为主弦杆的最大内力, A j 为主弦杆 的角钢最大截面积, [ ] 为主弦杆材料的许用应 力。运用上式对主弦杆和腹杆进行校核。 3. 2 刚度校核
因塔架构件的组成类型属于格结构式辍条 组合构件, 其刚度校核需用换算长细比。其计 算公式为[ 3] :
( 14)
此式即为计算节点位移的公式。
1. 5 计算单元杆端力和支座反力 由式 ( 14) 求得 的 节点 位 移 { D } 代 入 式
( 12) , 即可求得全部的支座反力。对于每一个 单元, 杆端力与节点位移之间的关系为:
[ k] { d} = { f }
( 15)
式中, { d} 为单元两端的节点位移向量, { f } 为
4 绘制工作图
在完成各种计算内容后, 运用计算机辅助 绘图软件可以绘制出主体金属结构的装配图和 所有零件图。
因为整个塔架由许多相同组件构成, 所以 对这些相同结构, 可以利用参数化绘图方式编 程制成基本子图块, 备绘图时使用。绘图时只 要给出正确的基点坐标和相关参数即可得到高 效的绘图效果。利用 AutoCAD 软件的尺寸功 能可以方便地标注出图上所需的各种尺寸。对 于焊缝、公差等符号, 可以用预定义图块的方法 设置出图块, 需要时直接插入图中。
[ K ba ] [ K bb] { D b}
{ Pb}
其中, [ K aa ] 、[ K ab] 、[ K ba ] 、[ K bb ] 称为节点子
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抚顺石油学院学报
第 21 卷
矩阵。 [ K aa] 表示当第一类节点分别发生各单位
位移而其余的节点位移均为零时所相应的该类 节点上的各节点力。
[ K ab] 表示当第二类节点分别发生各单位 位移而其余的节点位移均为零时所相应的第一 类节点上的各节点力。
x 、y - y 轴的平面内各斜辍条的面积 之和; A
为构件各分肢截面积之和; [ ] 为杆 件许用长
细比。
根据以上刚度条件对主弦杆的腹杆进行刚 度校核。 3. 3 稳定性校核
稳定性条件为: = N / A [ ] 式中, N 为计算压力, A 为构件截面积, 为稳 定系数。根据上式对整体和分支稳定性进行分 别校核。
其中, lx 、l y、l z 分别为杆 在 x 、y 、z 轴上的投影 长; x i 、y i 、z i 、及 x j 、yj 、z j 分别为杆件两端 i 、j 两节点的坐标。式( 1) 及式( 2) 即是程序中计算
空间杆单元刚度矩阵的一般公式。
1. 3 总刚度矩阵和总刚度方程
结构的节点位移与节点力之间的关系表达
[ K aa ] { Da } + [ K ab] { D b} = { Pa } ( 9)
[ K ba ] { D a} + [ K bb] { D b} = { Pb} ( 10) 若支座处的已知位移边界条件为零, 即 { D b} = { 0} , 则有:
[ K aa] { Da} = { Pa}
{ Pi}
[ K n 1] [ K n2]
令 [ K 0] =
[ K 11] [ K 12 ]
[ K 1i ]
[ K 21] [ K 22 ]
[ K 2i ]
[ K i1 ] [ K i2]
[ K ii ]
[ K ni]
[ K nn] { Dn }
[ K1n] [ K2n]
( 7)
[ K in]
{ Pn}
的横截面积, 而
c
2 x