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桁架結(jié)構(gòu)范文第1篇

（長沙市公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司，長沙410000）

（ChangshaHighwayBridgeConstructionCo.，Ltd.，Changsha410000，China）

摘要：采用ANSYS有限元分析軟件，利用push-over分析方法對某框支交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)在不同側(cè)力分布模式下進(jìn)行抗震性能分析，得出了罕遇地震作用下框支交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)的破壞模式及塑性鉸發(fā)展過程。

Abstract:ByANSYSsoftware,thepush-overmethodwasappliedtoanalyzetheseismicperformanceofahigh-risesteelframe-supportedstaggeredtrussstructuresystemunderdifferentlateralloadpatterns.Thefailuremodeandplasticityhingedevelopingprocessingofthehigh-risesteelstructure-supportedstaggeredtrussstructuresystemwereobtainedunderrareearthquake.

關(guān)鍵詞 ：框支交錯(cuò)桁架；ANSYS；push-over分析；破壞模式；塑性鉸

Keywords:frame-supportedstaggeredtrussstructure；ANSYS；push-over；failuremode；plastichinge

中圖分類號(hào)：TU391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2015）21-0109-04

0引言

框支交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)是一種實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、高效的新型組合鋼結(jié)構(gòu)體系。該體系通過轉(zhuǎn)換層把下部的框架結(jié)構(gòu)和上部的交錯(cuò)桁架組合起來，充分發(fā)揮交錯(cuò)桁架[1-5]和框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)[6-9]。由于框支交錯(cuò)桁架在結(jié)構(gòu)性能上的特殊性，既不同于框架結(jié)構(gòu)或框架支撐結(jié)構(gòu)，也不同于純交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)，目前對于該新型結(jié)構(gòu)在抗震方面的研究較少。

本文采用靜力彈塑性分析方法對框支交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行推覆分析，了解結(jié)構(gòu)各構(gòu)件承載力之間的相互關(guān)系，分析得出結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下的破壞機(jī)制、各塑性鉸的出鉸順序，找到結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)，并對比擬動(dòng)力試驗(yàn)研究[10]成果加以驗(yàn)證。

1靜力彈塑性分析方法

靜力彈塑性分析法，也稱推覆分析法（Pushover）[11-13]，是目前被廣泛應(yīng)用的一種評估結(jié)構(gòu)抗震性能的簡化方法，美國的ATC-40，MA273/274和歐洲的EC3中已將其納入抗震規(guī)范，我國的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）也推薦了該方法。

靜力彈塑性分析優(yōu)點(diǎn)[14-16]在于：能夠確定結(jié)構(gòu)在罕遇地震下潛在的破壞機(jī)制,找到最先破壞的薄弱環(huán)節(jié)；相對于彈塑時(shí)程分析，可以獲得較為穩(wěn)定的分析結(jié)果,減少分析結(jié)果的偶然性，同時(shí)大大節(jié)省了分析時(shí)間和工作量。

Pushover分析方法本質(zhì)[13]是將結(jié)構(gòu)按一定的變形模態(tài)轉(zhuǎn)化為等效單質(zhì)點(diǎn)體系的反應(yīng)譜分析法。通過對結(jié)構(gòu)施加反應(yīng)地震作用的靜態(tài)水平分布力,逐步增加荷載,使結(jié)構(gòu)逐漸進(jìn)入塑性,直到達(dá)到目標(biāo)位移或接近破壞倒塌為止,從而得到結(jié)構(gòu)的抗震性能以及破壞機(jī)理。本文采用4種經(jīng)典側(cè)向水平加載模式：均勻加載、倒三角形加載、沿高度等效加載和SRSS振型疊加加載模式[17]來分析框支交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)的破壞模式。

2實(shí)例分析

2.1實(shí)例模型

本文選取設(shè)計(jì)尺寸、布局具有一定的代表性的15層框支交錯(cuò)桁架擬動(dòng)力試驗(yàn)?zāi)Ｐ停▏易匀豢茖W(xué)基金項(xiàng)目（50878215））為實(shí)例。模型共5榀，縱向柱距6m，橫向21m。1～2層為框支層，層高4.5m；3層為桁架轉(zhuǎn)換層，4～15層為單純混合式交錯(cuò)桁架布置形式，層高均為3m，總高48m。全部鋼構(gòu)件使用Q235方鋼管，采用全截面焊接連接，樓板混凝土使用C30，1～4層厚200mm，其他層厚150mm。幾何尺寸如圖1。

2.2ANSYS有限元推覆分析步驟

2.2.1定義單元類型

采用beam188模擬鋼梁、鋼柱及桁架構(gòu)件，shell63模擬混凝土樓板，合并兩個(gè)構(gòu)件相同位置節(jié)點(diǎn)的方法實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)全部剛接。結(jié)構(gòu)阻尼采用經(jīng)典Rayleigh阻尼，阻尼比為5%[18]。

2.2.2定義材料特性、實(shí)常數(shù)和幾何建模

鋼材選用經(jīng)典雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型（BKIN），屈服強(qiáng)度為，彈性模量206000泊松比為v=0.3。

2.2.3施加荷載

豎向荷載為1.2Ge+0.35Qk，Ge為恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值，Qk為活荷載標(biāo)準(zhǔn)值。水平荷載采用El-centro（NS）波換算8度罕遇地震反應(yīng)譜求得的結(jié)構(gòu)基底剪力乘以不同加載模式下的水平加載系數(shù)得到沿結(jié)構(gòu)高度分布的水平荷載。本文中計(jì)算所采用的四種加載模式下的各層水平加載系數(shù)如表1所示。

2.2.4定義求解選項(xiàng)（靜力彈塑性）

選擇NLGEOM，ON，以考慮模型的幾何非線性和材料非線性。采用稀疏矩陣直接求解器（SparseDirect）對聯(lián)立方程組進(jìn)行求解。

3靜力彈塑性分析結(jié)果

3.1塑性鉸分布

圖2為結(jié)構(gòu)在破壞模式下的塑性鉸分布。從圖中可以看出，結(jié)構(gòu)的塑性鉸主要產(chǎn)生在斜腹桿上，其次是框支撐，桁架空腹弦桿上也伴隨少量塑性鉸。這是由于在橫向分布力作用下，結(jié)構(gòu)中剪力主要由斜腹桿和框架支撐承擔(dān)，隨著側(cè)向位移的增加，樓層剪力越來越大，靠近空腹節(jié)間位置斜腹桿最先產(chǎn)生塑性鉸，并逐漸擴(kuò)散，最終塑性鉸主要集中在4～7層靠近空腹節(jié)間位置。由于推覆分析是單向加載方式，結(jié)構(gòu)塑性鉸分布不完全對稱。

3.2塑性鉸的發(fā)展順序

為研究結(jié)構(gòu)桿件塑性鉸的發(fā)展順序以及薄弱桿件承載力之間的相互關(guān)系，本文提取SRSS振型疊加加載的推覆模式作用下出現(xiàn)塑性鉸桿件的彎矩—頂點(diǎn)位移曲線（塑性變形較大的結(jié)構(gòu)一側(cè)，見圖3）。由圖可知，位移為0.125m時(shí)，在第2、4榀第5、7層的第3節(jié)間斜腹桿上首先出現(xiàn)塑性鉸，并逐漸發(fā)展到第3榀第6層。由于結(jié)構(gòu)體系的空間協(xié)調(diào)作用，隨著側(cè)向位移加大，第1、3、5榀第6層第3節(jié)間斜腹桿相繼出現(xiàn)塑性鉸。位移為0.175m時(shí)，結(jié)構(gòu)塑性變形向四周快速發(fā)展，第4、8、9層斜腹桿及第2層框支撐相繼出現(xiàn)塑性鉸。隨著結(jié)構(gòu)位移的增大，塑性鉸繼續(xù)發(fā)展，產(chǎn)生塑性鉸構(gòu)件的承載力逐漸下降，并隨之退出工作，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的內(nèi)力重分布現(xiàn)象，第1層框支撐出現(xiàn)塑性鉸，5、7層空腹弦桿出現(xiàn)少量塑性鉸。位移為0.225m時(shí)，大批腹桿出現(xiàn)塑性變形，主要集中在4-7層，最后塑性鉸出現(xiàn)在柱腳，結(jié)構(gòu)開始失穩(wěn)并發(fā)生整體破壞。

由各屈曲桿件彎矩—頂層位移圖可知，桿件屈曲呈現(xiàn)分批現(xiàn)象，內(nèi)力重分布明顯。塑性鉸主要分布在第三節(jié)間斜腹桿上，說明第三節(jié)間斜腹桿是主要耗能構(gòu)件；邊側(cè)斜腹桿出現(xiàn)的塑性鉸較少，且承受極限彎矩值是靠近空腹節(jié)間斜腹桿彎矩值得1/2左右，說明邊側(cè)斜腹桿承載力未充分發(fā)揮；第二層框架支撐彎矩值是斜腹桿彎矩承載力的2倍左右，設(shè)計(jì)時(shí)要注重底部框架支撐的承載力及耗能設(shè)計(jì)。

3.3Pushover分析結(jié)果

為驗(yàn)證本文Pushover法的結(jié)果可靠性，選用文獻(xiàn)[10]中使結(jié)構(gòu)進(jìn)入破壞階段的>9度罕遇地震作用擬動(dòng)力試驗(yàn)所得等效頂點(diǎn)力與頂層位移的滯回曲線的包絡(luò)值作對比。從圖4中可以看出，本文所采用的4種Pushover曲線與文獻(xiàn)基底剪力—頂層位移曲線擬合均較好，其中均勻加載模式下相差最大，以SRSS振型疊加加載下曲線為準(zhǔn)，該加載模式作用下基底剪力值為較文獻(xiàn)[10]大17%。這是由于有限元模型邊界條件、材料性能以及試驗(yàn)方法與試驗(yàn)?zāi)Ｐ痛嬖谝欢ú町?，?dǎo)致理論模型剛度較實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛣偠绕?，從而基底剪力較大，位移較小，但仍然說明本文Pushover結(jié)果可靠度較高。

對SRSS組合加載模式下的頂點(diǎn)位移與底部總剪力的關(guān)系曲線作分析，頂層位移達(dá)到0.165m之前，結(jié)構(gòu)整體處于彈性階段，局部構(gòu)件出現(xiàn)塑性鉸；之后，結(jié)構(gòu)進(jìn)入整體屈服階段，塑性鉸主要出現(xiàn)在靠近空腹節(jié)間的斜腹桿上；頂層位移達(dá)到0.175m時(shí)，第2層框支撐逐漸進(jìn)入屈服狀態(tài)，塑性變形快速發(fā)展，結(jié)構(gòu)處于整體屈服繼續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；隨著第1層框支撐出現(xiàn)塑性鉸，結(jié)構(gòu)接近承載力極限狀態(tài)，柱腳節(jié)點(diǎn)進(jìn)入塑性變形工作狀態(tài)，結(jié)構(gòu)開始失穩(wěn)并進(jìn)入整體破壞階段。

圖5、6給出了結(jié)構(gòu)在SRSS組合加載模式下的樓層極限位移和極限層間位移角。結(jié)構(gòu)橫向極限狀態(tài)下最大層間位移角發(fā)生在第5層，為1/111，同時(shí)第7層層間位移角也較大，最大為1/114；文獻(xiàn)[10]中>9度擬動(dòng)力罕遇地震最大層間位移角發(fā)生在第7層，為1/88，第5層層間位移角為1/90，最大層間位移角發(fā)生在第7層是因?yàn)樵囼?yàn)中力直接加載在第7層上。從圖中看出，結(jié)構(gòu)下部橫向位移偏大，并且第3層位移角有明顯回縮突變，變形曲線均為剪切變形。說明結(jié)構(gòu)沿高度方向側(cè)向剛度分布不均勻，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視轉(zhuǎn)換層引起的剛度突變對結(jié)構(gòu)的受力影響。

綜上，結(jié)構(gòu)薄弱層為5、7層，靠近空腹節(jié)間斜腹桿和框架支撐為薄弱構(gòu)件。塑性鉸發(fā)展順序?yàn)椋鸿旒?、7層斜腹桿—桁架弦桿空腹節(jié)間—框支撐—柱腳，柱中未出現(xiàn)塑性鉸，破壞機(jī)理屬于梁鉸機(jī)制，滿足“強(qiáng)柱弱梁”的抗震要求。

4結(jié)論

①由于結(jié)構(gòu)的剪力主要由斜桿承受，因此塑性鉸集中出現(xiàn)在4-7層靠近空腹節(jié)間的斜腹桿上，下部框支撐上，弦桿上出現(xiàn)少量塑性鉸，柱中無塑性鉸出現(xiàn)。在合理設(shè)計(jì)條件下，利用部分構(gòu)件塑性變形耗散地震能量，滿足多道防線的破壞機(jī)制。

②框支交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度較大，但存在剛度突變，最大層間位移角出現(xiàn)在第5、7層，在實(shí)際應(yīng)用中，可以增多桁架榀數(shù)，從而減小轉(zhuǎn)換層帶來的剛度突變及其交錯(cuò)布置所帶來的剛度不均勻。

③在罕遇地震荷載作用下，構(gòu)件的塑性鉸發(fā)展不同于純交錯(cuò)桁架由下而上的發(fā)展趨勢[19-21]，而是從第5、7層中部斜腹桿開始向四周擴(kuò)散，塑性鉸發(fā)展順序?yàn)椋嚎拷崭构?jié)間斜腹桿—弦桿—框支撐—柱腳，其破壞機(jī)理屬于梁鉸機(jī)制。結(jié)構(gòu)薄弱層為5、7層及底部框架層。

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桁架結(jié)構(gòu)范文第2篇

關(guān)鍵詞：管桁架 鋼結(jié)構(gòu) 焊接 預(yù)拼裝 制作精度 深化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

1.概述

管結(jié)構(gòu)和桁架結(jié)構(gòu)是鋼結(jié)構(gòu)的重要組成部分。隨著鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)軟件的技術(shù)進(jìn)步和多維數(shù)控切割技術(shù)的發(fā)展，為管桁架鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供了技術(shù)和裝備的保證，管桁架結(jié)構(gòu)得到了前所未有的發(fā)展。

管桁架鋼結(jié)構(gòu)有如下優(yōu)點(diǎn)：1）節(jié)點(diǎn)形式簡單。結(jié)構(gòu)外形簡潔、流暢，適用于多種結(jié)構(gòu)造型。2）剛度大，幾何特性好。鋼管的管壁一般較薄，截面回轉(zhuǎn)半徑較大性能好。故抗壓和抗扭性能好。3）施工簡單，節(jié)省材料。節(jié)點(diǎn)處各桿件直接焊接，因而具有施工簡單，節(jié)省材料的優(yōu)點(diǎn)。4）有利于防腐和清潔維護(hù)。鋼管和大氣接觸表面積小，易于防護(hù)。在節(jié)點(diǎn)處直接焊接，維護(hù)更為方便，管形構(gòu)件在全長和端部封閉后，其內(nèi)部不易生銹。5）圓管結(jié)構(gòu)的管桁結(jié)構(gòu)流體動(dòng)力特性好。承受風(fēng)力或水流等荷載的作用時(shí)，荷載對圓管結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)比其他截面形式結(jié)構(gòu)的效應(yīng)要低得多。

管桁結(jié)構(gòu)尤其是空間管桁結(jié)構(gòu)的獨(dú)特優(yōu)勢，符合大跨度空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展需要，這種結(jié)構(gòu)體系營造了力學(xué)和美學(xué)的完美結(jié)合，在造型新穎、外形各具特色的大型場館、會(huì)展中心等中愈來愈受到青睞，發(fā)展勢頭迅猛。

2.管桁架用低合金高強(qiáng)度鋼焊接技術(shù)

焊接技術(shù)是鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，是鋼結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量和壽命保證。對于大跨度管桁架鋼結(jié)構(gòu)也同樣。低合金高強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)的掌握，是大跨度管桁架鋼結(jié)構(gòu)制作技術(shù)的基礎(chǔ)。

正確選擇鋼結(jié)構(gòu)在制作加工過程中經(jīng)常使用焊接工藝，才能保證低合金高強(qiáng)度鋼所制作的鋼結(jié)構(gòu)的焊縫應(yīng)具備的強(qiáng)度和韌性．才能經(jīng)受住預(yù)定用途出現(xiàn)的最不利的條件。日前低合金高強(qiáng)度鋼的發(fā)展與各種焊接工藝的發(fā)展足同步進(jìn)行的，管桁架鋼結(jié)構(gòu)目前涉及的材質(zhì)為Q345，在焊接工藝合理、焊接操作得當(dāng)，嚴(yán)控焊接工藝紀(jì)律是可以很好地進(jìn)行焊接的。因此不再贅述。

3.管桁架結(jié)構(gòu)焊接變形控制技術(shù)

3.1管桁架結(jié)構(gòu)焊接

大跨度管桁架結(jié)構(gòu)的線條要求流暢，形體優(yōu)美；鋼管的連接主要采用焊接，焊接質(zhì)量的保證是管桁架結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵控制技術(shù)。從焊接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，焊接工藝和無損檢測技術(shù)方面進(jìn)行控制。

管桁架焊接通常采用手工電弧焊或氣體保護(hù)焊。在施工條件允許時(shí)，盡可能采用CO2氣體保護(hù)焊，以有效減少焊接時(shí)的收縮和變形，同時(shí)也能夠提高焊接的生產(chǎn)效率，加快施工進(jìn)度。

3.1.1焊接前必須編制合理的施焊工藝和施焊程序；嚴(yán)格按焊接工藝進(jìn)行焊接；

3.1.2焊接前必須對組對桁架進(jìn)行檢驗(yàn)，按照不同材質(zhì)，根據(jù)焊接工藝方案的要求，選用對應(yīng)的焊材；

3.1.3組對焊接時(shí)，采用多人對稱反向焊接，最大限度減少焊接變形；

3.1.4嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行焊縫尺寸控制，杜絕自由工藝------不任意加大或減小焊縫的高度和寬度；

3.1.5焊接前將焊縫區(qū)邊緣30到50內(nèi)的鐵銹、毛刺、污垢等清除干凈，以減少產(chǎn)生氣孔等焊接缺陷的因素；

3.1.6焊接后清理焊縫表面的熔渣和飛濺，進(jìn)行焊縫檢查（焊縫外觀檢查和無損探傷），合格后按要求在規(guī)定位置打焊工鋼印；

3.1.7加強(qiáng)焊材管理，按規(guī)定烘烤、領(lǐng)用和使用；

3.1.8加強(qiáng)焊工管理，焊工必須持證上崗，施焊前進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)。

3.2焊接變形控制

3.2.1、定位焊

3.2.1.1應(yīng)距設(shè)計(jì)焊縫端部30mm以上,焊縫長度應(yīng)為50mm~100mm,間距應(yīng)為400mm~600mm。

3.2.1.2 正式焊接開始前或正式焊接中，發(fā)現(xiàn)定位焊有裂紋 應(yīng)徹底清除定位焊后， 再進(jìn)行正式焊接。

3.2.1.3對于焊接墊板， 在構(gòu)件固定端的背面定位焊。當(dāng)兩個(gè)構(gòu)件組對完畢， 活動(dòng)端無法從背面點(diǎn)焊， 應(yīng)當(dāng)在坡口內(nèi)定位焊， 當(dāng)預(yù)熱溫度達(dá)到要求時(shí),采用定位焊順序?yàn)閺钠驴谥虚g往兩端進(jìn)行,以防止墊板變形。

3.2.2、焊接預(yù)熱、層間溫度和焊接環(huán)境

3.2.2.1 對于厚度大于 3 6mm的低合金鋼應(yīng)采用焊前預(yù)熱和焊后熱處理措施， 預(yù)熱及焊后熱處理的溫度應(yīng)根據(jù)焊接工藝試驗(yàn)評定報(bào)告確定。要平衡加熱量， 使焊接變形和收縮量減少。

3.2.2.2焊接接頭兩端板厚不同時(shí)， 應(yīng)按厚板確定預(yù)熱溫度； 焊接接頭材質(zhì)不同時(shí)，按強(qiáng)度高、 含碳量高的鋼材確定預(yù)熱溫度。

3.2.2.3厚板焊前預(yù)熱及層間溫度的保持優(yōu)先采用電加熱器， 板厚 2 5mm以下也可用火焰加熱器加熱， 并采用專用的接觸式熱電偶測溫儀測量。

3.2.2.4預(yù)熱的加熱區(qū)域應(yīng)在焊縫兩側(cè)， 加熱寬度應(yīng)各為焊件待焊處厚度的1.5倍 以上，且不小于100mm； 預(yù)熱溫度可能時(shí)應(yīng)在焊件反面測量，測量點(diǎn)應(yīng)在離電弧經(jīng)過前的焊接點(diǎn)各方向不小于75mm處，圓管桿件對接時(shí)不能在焊件反面測量， 則應(yīng)根據(jù)板厚不同適當(dāng)提高正面預(yù)熱溫度，以便使全板厚達(dá)到規(guī)定的預(yù)熱溫度 ； 當(dāng)用火焰加熱器時(shí)正面測量應(yīng)在加熱停止后進(jìn)行。

3.2.2.5焊接返修處的預(yù)熱溫度應(yīng)高于正常預(yù)熱溫度 5 0℃左右， 預(yù)熱區(qū)域應(yīng)適當(dāng)加寬，以防止發(fā)生焊接裂紋。

3.2.2.6層間溫度范圍的最低值與預(yù)熱溫度相同， 其最高值應(yīng)滿足母材熱影響區(qū)不過熱的要求， 焊接層間溫度低于250℃。

3.2.2.7 預(yù)熱操作及測溫人員須經(jīng)培訓(xùn)， 以確保規(guī)定加熱制度的準(zhǔn)確執(zhí)行。

3.2.2.8有焊后消氫熱處理要求時(shí)，焊件應(yīng)在焊接完成后立 即加熱到3 0 0℃- -3 5 0℃。保溫時(shí)間根據(jù)板厚按每25mm板厚不小于0.5h 且不大于1h確定，達(dá)到保溫時(shí)間后用巖棉被包裹緩冷。其加熱、測溫方法和操作人員培訓(xùn)要求與預(yù)熱相同。

3.2.2.9相對濕度 8 0 ％以上， 或因降雨、雪等使母材表面潮濕及大風(fēng)天氣( 風(fēng)速大于 8m／s)，不得進(jìn)行露天焊接； 但焊工及被焊接部分如果被充分保護(hù)且對母材采取適當(dāng)處置( 如加熱、去潮)時(shí)，可進(jìn)行焊接。

3.2.2.10當(dāng)采用CO2半自動(dòng)氣體保護(hù)焊時(shí)， 環(huán)境風(fēng)速大于2m／s時(shí)應(yīng)采用適當(dāng)?shù)膿躏L(fēng)措施或采用抗風(fēng)式焊機(jī)。

3.2.3、焊接順序

3.2.3.1 先焊主弦桿管與管之間的對接焊縫 ；

3.2.3.2再焊斜腹桿與主弦桿的相貫焊縫、腹桿與腹桿的對接焊縫；

3.2.3.3焊完一條后再轉(zhuǎn)入另一條焊接，同一管子的兩條焊縫不得同時(shí)焊接；

3.2.3.4焊接時(shí)應(yīng)由中間往兩邊對稱跳焊，防止扭曲變形( 見圖 1 ) 。

3.2..4、典型焊縫的焊接工藝

3.2.4.1管-管對接

一般采用帶襯環(huán)的全溶透對接焊縫。

手工焊：每條環(huán)焊縫由兩名焊工對稱施焊；采用多層多道焊；根部用φ2.5mm或仍φ3.2mm焊條打底焊 1層 ～2層， 其他用φ4mm或φ5mm焊條填充、 蓋面。

管子對焊機(jī)：如采用KB500 MIG\MAG填充蓋面自動(dòng)焊接系統(tǒng)，可焊接外徑159到500，厚度4到30，長度500到15000的鋼管。組對焊一體化的焊接系統(tǒng)，高效、高質(zhì)量的焊接保證。

3.2.4.2相貫節(jié)點(diǎn)焊接

相貫焊縫應(yīng)對稱施焊，多層多道焊； 熔透部位采用Ф2.5mm的焊絲打底，或直接采用手工電弧焊Ф2.5mm或Ф3.2mm焊條打底,但要確保單面焊雙面成型， 其他采用Ф4mm或Ф5mm焊條填充、蓋面； 一個(gè)節(jié)點(diǎn)往往有多條相貫焊縫，焊縫集中。一條相貫焊縫焊接完畢冷卻后，再焊相鄰的相貫焊縫,以防止應(yīng)力集中，減小焊接變形。焊接時(shí)，應(yīng)先焊坡口大，變形大的區(qū)域 ，對于 Y形節(jié)點(diǎn) ，先焊 A，D區(qū)，后焊 C， B區(qū)，且先焊趾部再焊根部。T形節(jié)點(diǎn)先焊趾部，后焊側(cè)邊。

相貫形節(jié)點(diǎn)的焊縫可分為全溶透焊、部分溶透焊和角焊縫3類，根據(jù)設(shè)計(jì)承載要求不同而不同。而由于管壁厚度的不同及支管與主管之間不同的夾角，能夠采用的焊接形式和焊縫的高度也有所不同。如對應(yīng)不同的管壁有的需要在支管馬鞍形曲線處切割出一定的坡口角度才能焊透。支管的壁厚較小時(shí)不用切割出坡口角度也能焊透；如支管與主管之間的夾角小于30º時(shí)，根部區(qū)難于施焊，必須在夾角底部填焊至一定寬度后才可正常施焊，其焊縫有效值必須取樣檢驗(yàn)進(jìn)行焊接工藝評定加以驗(yàn)證。管桁架結(jié)構(gòu)中包含大量T、Y、K、X形節(jié)點(diǎn)?？臻g管桁架焊工施焊時(shí)焊接位置包含平、橫、立、仰全位置施焊，應(yīng)針對支管與主管間的不同角度有不同的焊接要求。

3.2.4.3焊接球節(jié)點(diǎn)的焊接

分兩種：一種為管子帶襯環(huán)對接焊；一種為球、管直接對焊。

3.5、焊后處理

焊后處理包括后熱及消氫處理 ，后熱溫度一般為 1 5 0℃～2 5 0℃， 消氫溫度則是在 3 0 0℃～4 0 0℃， 加熱好后保溫一段時(shí)間。目的都是加速焊接中氫的擴(kuò)散逸出， 消氫處理比后熱處理效果更好。對于一般拘束接頭可采用焊后緩冷措施，不會(huì)產(chǎn)生氫致延遲裂紋。

4. 管桁架組對胎架設(shè)計(jì)、制作、精度控制

管桁架組對胎架設(shè)計(jì)、制作、精度控制是管桁架制作的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。胎架的設(shè)計(jì)以結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體仿真模型為基礎(chǔ)，三維實(shí)體模型的搭建精度是胎架設(shè)計(jì)、制作精度控制的前提保證。管桁架的組對胎架同樣分平面和空間兩大類。

4.1胎架采用工字鋼或槽鋼，胎架間距及規(guī)格大小根據(jù)具體工程桁架的型式、外形尺寸、重量等確定。TJ1為粗調(diào)高度（根據(jù)桁架類型確定各TJ1的高度），PL1為微調(diào)時(shí)所用。精度控制：桁架在地面拼裝時(shí)，每個(gè)接口位置設(shè)拼裝胎架，為了保證拼裝精度，利用工字鋼（槽鋼）制作鋼胎架，上面放置不同厚度的鋼板以保證桁架的起拱值胎架要用高精度的儀器（經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等）來保證直線度、垂直度。并保證支架穩(wěn)定，在拼裝期間不發(fā)生變形。

圖1拼裝胎具

4.2對于通常做法，為保證類似曲線面桁架的制作安裝精度，制作整體拼裝胎具，胎具分為正放和倒放兩種，一般根據(jù)選定的上弦或下弦為基準(zhǔn)參考點(diǎn)來確定，將選定的上弦或下弦底層胎具平行地面位置，設(shè)立組裝胎具，如圖2：通常做法設(shè)置的拼裝胎具。

圖2通常做法設(shè)置的拼裝胎具 圖3側(cè)放位置的胎具

但有時(shí)桁架上下弦拱度大，空間幾何尺寸變化復(fù)雜，弦桿和腹桿相互間隨位置變化而相貫切口變化很大，采用制作側(cè)放位置的空間三維胎具，進(jìn)行桁架拼裝，如圖3：側(cè)放位置的胎具。

5.管桁架預(yù)起拱計(jì)算和控制方案

5..1桁架起拱的一般規(guī)定

由于桁架的剛度較好，在一般情況下，桁架在使用階段的撓度均較小，因此，當(dāng)跨度在40m以下的桁架，一般可不起拱（拼裝過程中，為防止桁架下?lián)?，可根?jù)經(jīng)驗(yàn)留施工起拱）。

桁架起拱按線形分有兩類：折線形和圓弧線形；桁架起拱按找坡方向，分為單向起拱和雙向起拱。

單向圓弧線起拱和雙向圓弧線起拱，都要通過計(jì)算確定幾何尺寸。當(dāng)為折線起拱時(shí)，無論是單向或雙向找坡，起拱計(jì)算較簡單；但對截面為三角形等的空間桁架，當(dāng)單向或雙向起拱時(shí)計(jì)算均較復(fù)雜。

5.2管桁架起拱的控制方案

根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定管桁架是否起拱。起拱方式分：制作時(shí)起拱和深化設(shè)計(jì)時(shí)起拱。目前一般采用后者。即按起拱后的實(shí)際形式來建模確定弦桿以及腹桿的長度及相貫線形狀。

控制方案：起拱弦桿在桁架組對時(shí)，胎架高度按起拱后的高度來組立。

6.管桁架組對精度控制技術(shù)

根據(jù)工程的具體情況，管桁架的組對分工廠組對和施工現(xiàn)場組對。管桁架的組對必須在鋼平臺(tái)上進(jìn)行。通常采用厚度不小于20的鋼板搭設(shè)組對平臺(tái)，以確保平臺(tái)的剛度。鋼平臺(tái)的水平度的測設(shè)點(diǎn)應(yīng)與管桁架組對胎架的測設(shè)點(diǎn)一致。

空間管桁架拼裝時(shí)，使用多點(diǎn)吊裝方法，將弦桿依次架到胎具的支架上，采用水準(zhǔn)儀對各標(biāo)高尺寸進(jìn)行測量，利用鉛墜將各方向的尺寸投影到平臺(tái)上，使用經(jīng)緯儀在同一平面上進(jìn)行測量，以此控制桁架的三維空間尺寸。腹桿安裝時(shí)，在弦桿與腹桿相貫節(jié)點(diǎn)處彈出中心線，確保腹桿位置的正確。各桿件拼裝后，采用水準(zhǔn)儀、鉛墜和鋼卷尺對各點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后進(jìn)行定位焊。

管桁架的制作精度的另一關(guān)鍵是管桁架的焊接。在條件允許的情況下盡量采用焊后變形小的氣體保護(hù)焊。在組裝胎架上進(jìn)行單榀桁架的焊接時(shí)，必須按照先焊中間節(jié)點(diǎn)，再向桁架兩端節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展的焊接順序，以免由于焊縫收縮向一端累計(jì)而引起的桁架各節(jié)點(diǎn)間尺寸誤差。并且不得在同一支管的兩端同時(shí)施焊。

焊縫尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求的計(jì)算厚度或焊縫大小，但也要避免過多的堆焊加高而產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力。

相貫節(jié)點(diǎn)焊縫坡口的根部間隙大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值（1.5mm）時(shí)，可以按超標(biāo)間隙值增加焊縫尺寸。但間隙大于5 mm時(shí)應(yīng)事先采用堆焊和打磨方法修整支管端頭或在接口處主管表面堆焊焊道，以減少焊縫間隙。

7.大跨度管桁架預(yù)拼裝技術(shù)

在工廠深化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，依據(jù)結(jié)構(gòu)整體三維線框模型或三維實(shí)體仿真模型，按照1:1的比例制作胎架，由于管桁架一般是由中間向兩邊完全對稱的結(jié)構(gòu)形式，因此胎架一般制作一半也可。

胎架制作完畢后，應(yīng)進(jìn)行反復(fù)校核，確保拼裝的精確度。預(yù)拼裝時(shí)，根據(jù)管桁架形式的不同，分平面預(yù)拼裝和空間預(yù)拼裝。先將上、下弦放置在胎架上固定，然后將腹桿從中間部位向兩邊依次組裝，組裝完成后，按照鋼結(jié)構(gòu)制作規(guī)范進(jìn)行檢查，若偏差大，則需調(diào)整，完全能滿足要求后方可。

計(jì)算機(jī)三維實(shí)體仿真技術(shù)的應(yīng)用，改變了以往傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)拼裝技術(shù)。三維實(shí)體仿真模型的建設(shè)是整體管桁架結(jié)構(gòu)1:1預(yù)拼裝的一種預(yù)檢驗(yàn)形式，借助多維數(shù)控切割技術(shù)和桿件、支座等零部件質(zhì)量的精細(xì)控制或重要節(jié)點(diǎn)局部的實(shí)體預(yù)拼裝，大跨度管桁架結(jié)構(gòu)整體全實(shí)體預(yù)拼裝有望取消。這樣，可以大大縮短工程的制作周期，提高大跨度管桁架的制作效率。

8.鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)軟件（Tekla Structures和STCAD\CAM）的應(yīng)用

管桁架工廠深化設(shè)計(jì)是管桁架鋼結(jié)構(gòu)制作技術(shù)的前提保證。深化設(shè)計(jì)由專業(yè)技術(shù)人員使用專業(yè)的軟件進(jìn)行。深化設(shè)計(jì)要完成兩大內(nèi)容，二者相互交集、密不可分：其一為結(jié)構(gòu)三維實(shí)體模型的搭建（有起拱要求的，按起拱后的實(shí)際形式來建模）和結(jié)構(gòu)加工圖及工程量的確定；其二為制作工藝數(shù)據(jù)庫的確定：復(fù)核計(jì)算重要節(jié)點(diǎn)并確定節(jié)點(diǎn)形式、確定桁架弦干拼接點(diǎn)位置和桁架節(jié)段拼接位置、多管相貫時(shí)確定節(jié)點(diǎn)工作點(diǎn)的定位以及允許偏心量和節(jié)點(diǎn)的裝配順序、確定節(jié)點(diǎn)的合理焊縫形式和焊縫收縮量、區(qū)分并確定重要的零件和構(gòu)件及其加工工藝、優(yōu)化配料并確定所有桿件的加工數(shù)據(jù)。

Tekla Structures可輔助進(jìn)行管桁架三維實(shí)體模型的搭建和重要節(jié)點(diǎn)的仿真，是建模的普適軟件。管桁架工程深化設(shè)計(jì)中，STCAD\CAM更專業(yè)。ST CAD軟件是一套成熟的管結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)軟件，實(shí)際應(yīng)用中需要結(jié)合工程實(shí)際具體問題具體分析。工廠深化設(shè)計(jì)中STCAD建立模型步驟為：確定管桁架結(jié)構(gòu)類型---建立軸線模型---定義桁架桿件屬性---賦予桿件截面---節(jié)點(diǎn)處理---定義模型屬性---生成模型---檢查模型---輸出桁架圖紙---輸出數(shù)控文件。

鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)軟件（Tekla Structures和STCAD\CAM）的應(yīng)用，為設(shè)計(jì)和制作的集成提供了可能，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)和制作的一體化。

結(jié)語：管桁架鋼結(jié)構(gòu)在焊接要求、制作精度、防銹措施等方面與一般的鋼結(jié)構(gòu)要求相同。管桁架的重點(diǎn)是其節(jié)點(diǎn)，即桿件直接在空間會(huì)交而成的相貫節(jié)點(diǎn)，因此管桁架鋼結(jié)構(gòu)制作的關(guān)鍵技術(shù)在于節(jié)點(diǎn)放樣、焊縫及坡口的加工及管桁架整體制作精度的控制技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

1 《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205-2001；

2 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003；

3 《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工規(guī)程》JGJ7-91；

1《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018-2002；

2《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ81-2002

3《預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CEC212-2006；

桁架結(jié)構(gòu)范文第3篇

關(guān)鍵詞：張弦桁架；等效降溫法；零狀態(tài)；預(yù)應(yīng)力

中圖分類號(hào)： TU393.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Analysis on pre-stress control of truss string structure

Ke Youhua

(China Railway Tunnel Survey & Design Institute Co., Ltd Tianjin 300133,China)

Abstract: The pre-stress of truss-string structure is analyzed and researched in the process of construction. According to the stress characteristics of the structure and the theory about simulating initial strain, another loading method named equivalent cooling method is put forwarded. The pre-stress of truss-string structure is analyzed and demonstrated by giving an example through reforming initial strain of the cable along the ends to cooling along the whole cable. The determination principle of truss string structure is got, and the precision of the method is inspected by applying the temperature load.

Key words: Truss-string structure; equivalent cooling method; Initial state; pre-stress

中圖分類號(hào)：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

1 預(yù)應(yīng)力的作用

張弦桁架結(jié)構(gòu)【1】是由張弦梁結(jié)構(gòu)發(fā)展而來的一種新型預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)。它的上弦是立體桁架，基本構(gòu)件中沒有受力較為復(fù)雜的抗彎受壓構(gòu)件，各種桿件只承受軸向力。它利用施加在索上的預(yù)應(yīng)力使立體桁架產(chǎn)生反撓度，結(jié)構(gòu)在荷載作用下的最終撓度得以減小，撐桿對立體桁架提供了支承，改善了它的受力性能，索承受了立體桁架的水平推力，減少了滑動(dòng)支座的水平位移，從而減輕了其對支座產(chǎn)生的負(fù)擔(dān)。張弦桁架結(jié)構(gòu)的各種構(gòu)件受力簡潔明確，拉壓桿取長補(bǔ)短，協(xié)同工作，充分發(fā)揮了材料的受力特點(diǎn)，是一種典型的剛?cè)犭s交的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)體系。

張弦桁架結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力是在沒有外荷載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)部所維持的自平衡內(nèi)力分布。在張拉下弦拉索的施工過程中，拉索的張拉力并不是預(yù)應(yīng)力，其通常包括兩部分的效應(yīng)，一部分為外荷載和結(jié)構(gòu)自重所引起的拉索內(nèi)力，還有一部分為預(yù)應(yīng)力在拉索中產(chǎn)生的內(nèi)力。也就是說，如果結(jié)構(gòu)中并不需要預(yù)應(yīng)力的作用，張拉拉索實(shí)際上就是使拉索參與結(jié)構(gòu)共同工作的過程，而不是施加預(yù)應(yīng)力。張弦桁架結(jié)構(gòu)中是否需要張拉拉索產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，通常有兩種考慮：一種是出于改善上弦構(gòu)件的受力性能，減小上弦構(gòu)件的內(nèi)力；二是防止在結(jié)構(gòu)使用期間某種荷載工況(主要是屋面風(fēng)吸力作用) 下可能會(huì)克服恒載的效應(yīng)而使得拉索受壓退出工作。因此，拉索中維持一定的預(yù)應(yīng)力可以保證拉索不出現(xiàn)壓力。

對拉索施加預(yù)應(yīng)力是使張弦桁架結(jié)構(gòu)形成自平衡體系，具有較大整體剛度的關(guān)鍵。當(dāng)結(jié)構(gòu)處于初始態(tài)時(shí)，預(yù)應(yīng)力使結(jié)構(gòu)上拱，形成一定的負(fù)撓度，承受外荷載時(shí)，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生正撓度，正負(fù)撓度相互抵消一部分，使結(jié)構(gòu)最終撓度不會(huì)很大，從而充分發(fā)揮此類結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。另外，預(yù)應(yīng)力的施加使得結(jié)構(gòu)各桿件內(nèi)力減小，并且張弦桁架結(jié)構(gòu)下弦采用高強(qiáng)拉索，預(yù)應(yīng)力使材料的高強(qiáng)度性能得到充分發(fā)揮。

2 預(yù)應(yīng)力的施加方法

在張弦桁架結(jié)構(gòu)中用有限元模擬預(yù)應(yīng)力【2】通常有三種方法：力模擬法、初應(yīng)變模擬法和等效降溫法。

2.1力模擬法

力模擬法是在下弦靠近支座處的兩端施加大小相等、方向相反的預(yù)應(yīng)力，來模擬千斤頂張拉鋼索。整個(gè)張拉過程分兩步，第一步施加重力荷載，第二步施加預(yù)應(yīng)力。為了充分體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的非線性性質(zhì)，每個(gè)荷載步中應(yīng)取較多的子步數(shù)進(jìn)行求解。

力模擬法可以逼真地模擬張拉過程，得到索拉力-位移曲線，但是不能在預(yù)應(yīng)力張拉完畢后緊跟著進(jìn)行施工階段的加載分析，也不能研究施工完畢后結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)的力學(xué)性能。因?yàn)椋靡粚Υ笮∠嗟?、方向相反的力模擬索張拉有時(shí)會(huì)會(huì)使得兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的索段發(fā)生松弛現(xiàn)象，從開始施加施工荷載到索開始受力這個(gè)過程中索力沒有增加，這與實(shí)際情況不符。

2.2初應(yīng)變法

初應(yīng)變法是通過兩端索段或整個(gè)索段施加初應(yīng)變來模擬預(yù)應(yīng)力。該方法先粗略地取定一個(gè)初應(yīng)變進(jìn)行求解，然后根據(jù)由此得到的下弦索拉力來調(diào)整初應(yīng)變的數(shù)值進(jìn)行第二次試運(yùn)算，重復(fù)該步驟，直到下弦索拉力恰好達(dá)到期望值為止。

它的優(yōu)點(diǎn)【2】是力學(xué)概念清晰、簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉完畢后緊跟著施工階段的加載分析，研究結(jié)構(gòu)在竣工后工作狀態(tài)中的力學(xué)性能，缺點(diǎn)是僅僅適用于進(jìn)行一次預(yù)應(yīng)力張拉的工程，因?yàn)樵谇蠼獾牡谝徊匠鯌?yīng)變就會(huì)被完全地施加到結(jié)構(gòu)中去，不能模擬工程中常見的多次預(yù)應(yīng)力張拉的情況。

2.3等效降溫法

等效降溫法是根據(jù)物體的熱脹冷縮特性，對張弦桁架下弦的鋼索進(jìn)行降溫使之收縮來模擬施加預(yù)應(yīng)力的張拉過程，結(jié)構(gòu)相應(yīng)產(chǎn)生下弦受拉、腹桿受壓和上弦受壓彎的效應(yīng)。在進(jìn)行有限元分析時(shí)可以先較粗略地取定一個(gè)溫度荷載進(jìn)行求解，根據(jù)由此得到的下弦索拉力來調(diào)整溫度荷載的數(shù)值進(jìn)行第二次運(yùn)算，然后重復(fù)繼續(xù)該計(jì)算步驟，直到下弦索拉力恰好達(dá)到期望值為止。

等效降溫法的優(yōu)點(diǎn)是可以靈活模擬一次和多次張拉過程，在張拉完畢后可以接著進(jìn)行荷載態(tài)分析，并進(jìn)一步研究施工完畢后結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的力學(xué)性能，即可模擬施工全過程。研究表明，如果結(jié)構(gòu)在施工過程中分級【3】施加預(yù)應(yīng)力，將有可能使得張弦桁架結(jié)構(gòu)的支承構(gòu)件受力減少到最小程度。等效降溫法對于實(shí)際工程的預(yù)應(yīng)力模擬比較準(zhǔn)確，本文即采用該方法。

3 預(yù)應(yīng)力的確定原則

在進(jìn)行張弦梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析時(shí)，首先要確定張弦梁結(jié)構(gòu)的初始態(tài)【4】預(yù)應(yīng)力大小和分布，然后才能確定結(jié)構(gòu)零狀態(tài)幾何以及進(jìn)行后續(xù)荷載態(tài)的分析。根據(jù)預(yù)應(yīng)力在結(jié)構(gòu)中的作用，可以得出預(yù)應(yīng)力大小合理取值的三個(gè)主要原則：

（1）對于張弦桁架結(jié)構(gòu)，就是盡量減小上弦桿軸拉力，使結(jié)構(gòu)中內(nèi)力分布比較合理，改善結(jié)構(gòu)受力性能。上弦構(gòu)件的軸壓力太大會(huì)造成結(jié)構(gòu)的不經(jīng)濟(jì)。

（2）在各種可能工況下，索應(yīng)保持拉應(yīng)力，并有一定的安全儲(chǔ)備，且不超過規(guī)定的應(yīng)力比。

（3）過大的預(yù)應(yīng)力使索張拉施工不方便，會(huì)增大張弦桁架吊裝時(shí)整體失穩(wěn)的可能性。

總之，張弦梁結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力大小的合理取值受多種因素影響。綜上所述，本文對拉索預(yù)應(yīng)力值的確定原則是：張弦桁架在屋蓋恒載基本完成后，不考慮屋面活載及吊掛荷載的情況下，屋架的幾何形狀應(yīng)與設(shè)計(jì)的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)相符，即預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反拱與恒載（結(jié)構(gòu)自重+支撐、檁條+屋面板）標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的撓度大小相等的方法來確定預(yù)應(yīng)力的大小。在實(shí)際的工程中【5】很難同時(shí)滿足確定原則中的所有要求，但從設(shè)計(jì)角度上看，此方法是比較合理并切合實(shí)際的。

4 算例分析

4.1結(jié)構(gòu)形式

計(jì)算模型參考廣州國際會(huì)議展覽中心屋蓋等實(shí)際工程，采用倒三角形斷面的張弦立體桁架，桁架的中心線和拉索的軸線形狀均采用二次拋物線。整體結(jié)構(gòu)由六榀同樣的張弦桁架及其支撐系統(tǒng)組成一個(gè)獨(dú)立的屋蓋體系，每榀張弦桁架的中線間距為15m。結(jié)構(gòu)的支座跨度為130m，矢高為13m，垂度為8m，一端為固定鉸支座，另一端為可滑動(dòng)鉸支座。桁架截面寬3m、高3m；中部撐桿共11根，每根間距10m；側(cè)向桁架支撐共5道，作為屋蓋的縱向垂直支撐，除了在兩側(cè)支座及中部設(shè)置外，在1/4跨和3/4跨處各設(shè)置一道；未與垂直支撐相連的上弦節(jié)點(diǎn)布置檁條，間距為5m。上述縱向支撐體系結(jié)合屋蓋周邊布置的水平支撐體系，使整個(gè)屋蓋體系形成了較大的縱向空間剛度。

以單榀桁架結(jié)構(gòu)為研究對象，其結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 單榀張弦立體桁架的結(jié)構(gòu)模型（單位：mm）

Fig. 1 sing model of string truss structure

4.2單元類型

對于張弦桁架結(jié)構(gòu)模型，上、下弦桿采用Beam188空間梁單元，腹桿、撐桿采用Link8空間桿單元，拉索采用只能受拉不能受壓的Link10索單元。

4.3 荷載設(shè)計(jì)參數(shù)

屋架自重由ANSYS【6】有限元自動(dòng)計(jì)算，檁條支撐為0.4KN/m2，屋面板取0.2 KN /，即恒荷載的標(biāo)準(zhǔn)值為0.6 KN/，單榀張弦桁架上弦每個(gè)節(jié)點(diǎn)承受的荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.6×50×130/56=20.89KN，方向向下。

4.4 計(jì)算模型參數(shù)

上弦桿截面尺寸為Φ480×22mm，面積為316552m2，下弦桿為Φ480×24mm，面積為3438m2，腹桿為Φ180×8mm，面積為4323m2，撐桿為Φ325×8mm，面積為7967m2，拉索截面尺寸為397Φ7mm,，面積為15277m2，斜撐截面尺寸為Φ219×6.5mm，面積為4339m2，檁條為H600×200×8×10，面積為8640m2。上述構(gòu)件除拉索外全部使用Q345鋼材，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為345MPa，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為310MPa，密度為7850kg/m3，線膨脹系數(shù)為1.2×105，彈性模量為2.06×105MPa。Φ7鋼絲束強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1570MPa，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為1110MPa，密度為7850kg/m3，線膨脹系數(shù)為1.2×105。

4.5數(shù)據(jù)結(jié)果分析

因結(jié)構(gòu)變形較大，要使所有節(jié)點(diǎn)最終撓度都為零是不可能的，經(jīng)過試算發(fā)現(xiàn)荷載作用下跨中截面桁架下弦節(jié)點(diǎn)14的位移最大，所以只需控制該節(jié)點(diǎn)的位移，把該節(jié)點(diǎn)作為控制點(diǎn)。根據(jù)上文的預(yù)應(yīng)力值確定原則，利用ANSYS有限元軟件的APDL【7】參數(shù)化語言進(jìn)行編程計(jì)算，具體計(jì)算流程如圖2所示，最終確定張弦桁架結(jié)構(gòu)拉索的初始預(yù)應(yīng)力為1890KN，桁架跨中起拱值為287.09mm。

圖2ANSYS參數(shù)化語言確定初始預(yù)應(yīng)力流程圖

Fig.2The process chart of initial pre-stress determined by ANSYS parametric language

6 結(jié)語

（1）對于張弦桁架結(jié)構(gòu)，可以采用等效降溫法模擬預(yù)應(yīng)力，結(jié)合ANSYS有限元軟件能夠方便地求出初狀態(tài)的內(nèi)力分布，且與設(shè)計(jì)的初始態(tài)幾何基本一致，能達(dá)到施工時(shí)的精度控制要求。

（2）等效降溫法力學(xué)概念清晰，便于程序?qū)崿F(xiàn)。通過等效降溫法對其找形精度的檢驗(yàn)可以看到，節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、索、撐桿的內(nèi)力、桁架的腹桿內(nèi)力，上下弦桿內(nèi)力與設(shè)計(jì)態(tài)的結(jié)果基本一致。因此，證明該方法是準(zhǔn)確可靠的。

（3）對于大跨度張弦桁架結(jié)構(gòu)，初始預(yù)應(yīng)力對結(jié)構(gòu)內(nèi)力和初始變形影響較大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理確定初始預(yù)應(yīng)力的值，建議取預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反拱值與恒載（結(jié)構(gòu)自重+支撐、檁條+屋面板）標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的撓度值大小相等的方法確定預(yù)應(yīng)力值。

（4）利用ANSYS軟件的APDL參數(shù)化語言，編寫專門的計(jì)算程序，可以使軟件自動(dòng)反復(fù)計(jì)算，輸出要求的預(yù)應(yīng)力和正確的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，在一定程序上減少了人工參與，提高了計(jì)算效率。

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【作者簡介】

桁架結(jié)構(gòu)范文第4篇

關(guān)鍵詞：體育館；管桁架；鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)理

Abstract: Welding, lifting, folding and unloading of gymnasium pipe truss steel structure installation of the emphases and difficulties, this paper through a gymnasium steel pipe truss structure installation supervision experience, briefly in the process of supervision control points.

Key words: stadium, pipe truss, steel structure supervision

中圖分類號(hào)：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104（2012）

1 管桁架鋼結(jié)構(gòu)的焊接監(jiān)理

管桁架鋼結(jié)構(gòu)焊接監(jiān)理應(yīng)注意焊接工藝評定、焊接人員的控制、焊接常見質(zhì)量通病的控制。

目前體育館鋼結(jié)構(gòu)采用Q345材質(zhì)較多（如筆者監(jiān)理的該體育館四個(gè)場館均采用Q345材質(zhì)），國內(nèi)對于Q345及以下材質(zhì)的焊接工藝已經(jīng)比較成熟，即將頒布的《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范GB50661》更是明文規(guī)定Q345及以下材質(zhì)不需要廠家提供焊接工藝評定，只需提供焊接作業(yè)指導(dǎo)書，但是Q390以上材質(zhì)則必須提供焊接工藝評定，重要的焊接形式建議現(xiàn)場進(jìn)行評定。

焊接操作人員的素質(zhì)對于焊接質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，監(jiān)理應(yīng)嚴(yán)格檢查其特種作業(yè)人員操作證和焊工合格證，確保施焊人員是在考試合格范圍內(nèi)持證上崗，對于焊接質(zhì)量不合格人員，應(yīng)督促施工單位進(jìn)行更換。作者在該體育場館的監(jiān)理過程中，就遇到部分焊工焊接水平較差，焊縫外觀不合格，存在氣孔、不飽滿等缺陷，探傷時(shí)發(fā)現(xiàn)存在較大比例焊縫需要返工，通過同施工單位進(jìn)行溝通，更換了該部分焊工人員，確保焊縫的焊接質(zhì)量。

管桁架焊接過程中常出現(xiàn)錯(cuò)邊等質(zhì)量通病，在高空對接后出現(xiàn)錯(cuò)邊更是不易處理，錯(cuò)邊的出現(xiàn)同制作廠的水平和現(xiàn)場安裝技術(shù)都有關(guān)系，管件在卷制時(shí)應(yīng)控制好橢圓度，駐廠監(jiān)理注意用樣板等工具檢查，運(yùn)輸時(shí)的磕碰也會(huì)影響管件橢圓度，所以進(jìn)場時(shí)現(xiàn)場監(jiān)理也要注意這方面的檢查工作?，F(xiàn)場預(yù)組裝也是控制錯(cuò)邊的一個(gè)重要途徑，通過預(yù)組裝檢查高空對接處的錯(cuò)邊情況，存在問題的提前處理。

2 管桁架鋼結(jié)構(gòu)的吊裝監(jiān)理

體育館管桁架鋼結(jié)構(gòu)吊裝，存在吊裝件重量大、構(gòu)件不規(guī)則和現(xiàn)場道路條件差等情況，監(jiān)理過程中應(yīng)特別注意前期的準(zhǔn)備工作，審查吊裝方案是否符合國家強(qiáng)制性要求（達(dá)到一定規(guī)模的吊裝需要進(jìn)行專家論證），檢查人員和吊裝設(shè)備的資料，符合相關(guān)規(guī)定。吊裝前會(huì)同各方檢查吊裝機(jī)械的安全元件是否有效，吊裝過程中旁站見證，杜絕野蠻操作。該體育館主桁架跨度達(dá)112米，單榀主桁架最重約200噸，且館內(nèi)有地下結(jié)構(gòu)及游泳池等土建結(jié)構(gòu)，吊機(jī)不能進(jìn)入，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)安裝時(shí)的作業(yè)半徑很大，其屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的吊裝是本工程的難點(diǎn)，解決方案：對該體育館屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的安裝采用大型履帶吊在外側(cè)行走吊裝，主桁架采取分段吊裝就位，分段口設(shè)置支撐胎架輔助安裝，有效解決了吊裝問題。在吊裝過程中對吊裝構(gòu)件進(jìn)行三維測量定位，準(zhǔn)確落實(shí)構(gòu)件中心點(diǎn)。吊裝過程中對人員安全和財(cái)產(chǎn)安全影響較大，監(jiān)理過程中應(yīng)特別重視，避免安全事故的發(fā)生，在該體育館某場館的吊裝過程中，吊裝人員未按照施工方案選用對應(yīng)規(guī)格的鋼絲繩，安全系數(shù)不夠，不顧監(jiān)理人員和現(xiàn)場總包方管理人員的指令，強(qiáng)行吊裝，最后鋼絲繩斷裂，砸壞混凝土平臺(tái)，造成較大經(jīng)濟(jì)損失。

3 管桁架鋼結(jié)構(gòu)的合攏

帶臨時(shí)支撐的鋼結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換成封閉穩(wěn)定鋼結(jié)構(gòu)體系的過程叫合攏，合攏過程中應(yīng)注意合攏溫度的確定、合攏線的布置、合攏工程必須在夜間進(jìn)行。

合攏溫度就是鋼結(jié)構(gòu)在合攏過程中的初始平均溫度，區(qū)別于大氣溫度，是結(jié)構(gòu)使用中溫度的基準(zhǔn)點(diǎn)，也稱安裝校準(zhǔn)溫度。其確定原則如下：確定結(jié)構(gòu)合攏溫度時(shí)，首先考慮當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件，應(yīng)使合攏溫度接均氣溫，也就是可進(jìn)行施工的天數(shù)中所占比例最大的氣溫。合攏溫度應(yīng)盡量設(shè)置在結(jié)構(gòu)可能達(dá)到最低溫度之間，使結(jié)構(gòu)受溫度影響最合理，從而達(dá)到最小構(gòu)件截面減少用鋼量的目的。 確定合攏溫度應(yīng)充分考慮施工中的不確定因素，預(yù)留一定溫度的允許偏差

合攏線應(yīng)盡量均勻?qū)ΨQ布置，合攏線上的合攏焊縫焊接殘余應(yīng)力，比普通焊縫的殘余應(yīng)力大得多，對稱均勻布置合攏線，可以使鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)力盡可能的均勻，從而達(dá)到控制鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)初始應(yīng)力的目的。

合攏工程對環(huán)境溫度的具體要求是必須在沒有日照的夜間并且在構(gòu)件溫度均勻時(shí)進(jìn)行。

4 管桁架鋼結(jié)構(gòu)的卸載

帶有臨時(shí)支撐的鋼結(jié)構(gòu)封閉穩(wěn)定系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換成自承重封閉穩(wěn)定系統(tǒng)的過程叫卸載。卸載過程的安全隱患較多，監(jiān)理要特別注意跟蹤控制。

鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后，支撐架拆除前，必須對整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面檢查，經(jīng)總包、監(jiān)理、設(shè)計(jì)等相關(guān)單位驗(yàn)收通過后方可進(jìn)行臨時(shí)支撐架的拆除，同時(shí)，卸載必須有各方審核批準(zhǔn)的卸載方案。臨時(shí)支撐架的拆除將根據(jù)結(jié)構(gòu)在自重作用下的撓度值，采用分級同步卸載，考慮到人工操作，不可避免產(chǎn)生不同步性，結(jié)構(gòu)卸載分多級卸載，每級支撐點(diǎn)卸載位移值要分析計(jì)算，卸載過程中，必須做到緩慢卸載，不可一次卸載到位。在臨時(shí)支撐點(diǎn)卸載拆除之前，應(yīng)對結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行驗(yàn)算，將驗(yàn)算結(jié)果作為結(jié)構(gòu)卸載的理論依據(jù)。

對整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)卸載過程中如發(fā)現(xiàn)任何異常必須立即停止卸載，例如:突然的桿件大幅度變形、結(jié)構(gòu)發(fā)生異響、支座及節(jié)點(diǎn)發(fā)生變形等；在卸載操作過程中，必須用全站儀等監(jiān)測設(shè)備對卸載的各個(gè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保整個(gè)卸載過程穩(wěn)步、有序、安全的完成，卸載方案中應(yīng)包括測量監(jiān)控方案，保留測量記錄；卸載拆除的支撐架必須安全有序的吊裝到地面處，拆除過程中不可隨意拋扔，對部分重要節(jié)點(diǎn)處必須任然保留支撐架，觀測整個(gè)工程重要節(jié)點(diǎn)的變形量。卸載過程中應(yīng)保持支撐架的穩(wěn)定，避免支撐架倒塌傷害施工人員。

桁架結(jié)構(gòu)范文第5篇

關(guān)鍵字：鋼結(jié)構(gòu)；交錯(cuò)桁架；樓板；有限元

1、概述

鋼結(jié)構(gòu)交錯(cuò)桁架體系是一種比較典型的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，目前，對鋼結(jié)構(gòu)交錯(cuò)桁架進(jìn)行整體分析時(shí)，要將樓板假定做是剛性樓板，然后進(jìn)行計(jì)算和分析。將樓板假定為剛性樓板是一種近似的處理方式，它和柔性樓板是有區(qū)別的。對于混凝土建筑空間結(jié)構(gòu)分析，采用剛性樓板的假定就能夠滿足結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果的精度要求，但是對于鋼結(jié)構(gòu)交錯(cuò)桁架來說，其樓板的傳力相對于一般建筑結(jié)構(gòu)來說比較特殊，采用剛性樓板的假定時(shí)不能保證結(jié)構(gòu)受力會(huì)正確反映樓板承受剪力的特點(diǎn)，進(jìn)而影響整個(gè)交錯(cuò)桁架體系受力分析的精確性。中國工程建設(shè)協(xié)會(huì)推薦制定的《交錯(cuò)桁架體系技術(shù)規(guī)范》中推薦的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是利用三維的空間分析方法對交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計(jì)算和分析。

目前，常用的用于交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系建模計(jì)算的有限元軟件有SAP2000、ETABS、ANSYS等，本文結(jié)合我國現(xiàn)行的規(guī)范《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《民用高層鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，對某鋼結(jié)構(gòu)交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，與ETABS、PKPM、SAP2000等軟件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，分析在鋼結(jié)構(gòu)交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)，采用剛性樓板的假定能否滿足結(jié)構(gòu)精度的要求，得出在應(yīng)用結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系計(jì)算時(shí)，樓板使用哪種單元模擬更好。

2、工程計(jì)算概況

有鋼結(jié)構(gòu)交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系層高是2.7米，21層，縱向的鋼柱間距是6米，縱向共有12榀桁架，進(jìn)深為15米，結(jié)構(gòu)的平面圖見下圖1。

荷載取值如下：樓面的活荷載值是2kN/m2，附加的樓面恒載值是1.0kN/m2，屋面的活荷載值是1.5kN/m2，基本風(fēng)壓值取為0.35kN/m2，場地的抗震設(shè)防烈度是6度，地震設(shè)計(jì)基本加速度值是0.05g，地面粗糙度是B類。設(shè)計(jì)地震分組是第一組，場地類別是C類。結(jié)構(gòu)為不落地桁架的構(gòu)造形式的交錯(cuò)桁架體系，在第一層及頂層沒有桁架的地方分別設(shè)置有支撐和吊桿，這樣可以增加樓板和屋面板的剛度和穩(wěn)定性。

由各個(gè)軟件在柔性樓板和剛性樓板下的計(jì)算結(jié)果可知，交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)空腹節(jié)間弦桿處的剪力都較小，差別很小，軟件計(jì)算的柱子軸力和手算的結(jié)果比較接近。就整個(gè)結(jié)構(gòu)而言，柱子以承受豎向軸力為主，剪力主要是依靠交錯(cuò)桁架的斜腹桿來傳遞和承擔(dān)，由此，按照力學(xué)的平衡原理可以推出桁架結(jié)構(gòu)其他桿的內(nèi)力相差不大，即鋼結(jié)構(gòu)交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系在側(cè)向荷載作用下，假定樓板為剛性時(shí)能夠反映結(jié)構(gòu)的受力特征，滿足結(jié)構(gòu)整體的精度要求。

對于ETABS、PKPM、SAP2000的計(jì)算結(jié)果，通過對比縱向框架梁的剪力可以看出，ETABS和SAP2000計(jì)算得到的縱向框架梁面內(nèi)剪力有跳躍，說明縱向框架梁上有集中荷載的作用，這說明荷載是按照有限元的方式傳遞的；PKPM的計(jì)算結(jié)果中縱向框架梁剪力圖是平直的直線，這是把理論計(jì)算的結(jié)果直接平均到了框架梁上?？梢奅TABS和SAP2000的傳力方式更加貼近實(shí)際、合理。

5、結(jié)論

通過對比和分析以上不同軟件、不同計(jì)算假定對鋼結(jié)構(gòu)交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算結(jié)果，可以看出，對鋼結(jié)構(gòu)交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系來說，在計(jì)算分析時(shí)，假定樓板為剛性樓板是合理的，有限元計(jì)算分析時(shí)基于空間協(xié)調(diào)的剛性樓板的假定是滿足計(jì)算精度要求的。對于ETABS、PKPM和SAP2000三個(gè)計(jì)算軟件來說，就鋼結(jié)構(gòu)交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算分析而言，ETABS和SAP2000的計(jì)算結(jié)果精度高于PKPM的計(jì)算結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

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