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1、 第 六 届全 国 现 代结 构 工 程学 术 研 讨会采用 相 贯 节点 的 管析 架 结构为 了保 证 结构 的 安 全性尽 可能 采 用 所有 杆 件均 为 梁 单 元的 计 算 模型二焊接 球网 架不同 计算 模型计 算结果 的比 较网架 结 构设 计 与施 工 规 程 第条 规定网 架结 构 分 析时 可 忽视 节 点 刚度 的 影 响 假定 节点 为铰 接杆 件 只承 受 轴 力虽 然 试验 及 分析 表 明对 于 焊 接球 节 点 网架杆件 比 较 接近 于 与 焊接 球刚接但 制 订 规程时考 虑 到 以下 两 点做 出 了 铰接 的 假 定 一 是 为 了焊 接球 节 点 网
2、架 与 螺 栓球 节点网 架采 用 统 一的 计 算模 型且简 化 了 计算 模 型二 是 通过 对 比对 于 焊 接球 网 架 按刚 接 计算 时由于 杆件 受 弯产 生 的 应力 比 受轴 向 力 产生 的 应 力小一 般情 况 下 可忽 略 不 计以 图所 示正 放 四 角锥 网 架 为例网架 平 面 尺寸网架 高网格 尺 寸共根 杆 件网 架上 弦 沿 周边 支 承 于柱 顶柱 距正方 形 混 凝土 柱 截 面尺 寸柱 高假设 网架 与 柱 顶铰 接本 例 题仅 考 虑 竖 向荷 载分 为 两种 情 况第 一 种 假 设屋 面 为轻 屋 面恒 载假 设荷 载 中包 含 网 架 自重活
3、载第二 种 假 设屋 面 为 重屋 面恒 载假 设 荷载 中 包 含网 架自重活 载图正 放 四角 锥 网 架表正 放 四 角锥 网 架计 算 结 果一 鼠 衬哪一洲分析 对 比 过程 采 用两 种 方 式第 一种 是 首 先假 设 网 架节 点 为 铰接杆件 采 用 杆单 元 进 行满 应 力 优化 设 计得到 设 计 结果 后再 假 设 网架 节 点 为刚 接杆件 采 用 梁单 元 进 行校 核计 算 结 果如 表所 示表飞中给 出 的值 均 为计 算 结 果的 最 大值由 表可 以看 出当 网架 采 用轻 屋 面 时按 铰接刚 接计 算 模 型得 到的计 算结 果 相 差很 小最 大 应
4、 力 比相 差铰 接 模 型得 到 的变 形 及 杆件 最 大 轴力 比 刚 接模 型 稍 大 这是 因 为 按刚 接 模 型计 算 结 构 的整 体 刚 度 略大 于 按 铰接 计 算 的 整 体刚 度 并 且杆 件 靠 受弯 承 担 了 小 部分 荷载按刚 接 计算 得 到 的最 大 弯矩 较 小只 有而 当网 架 采用 重 屋 面时铰接 模 型 与刚 接 模 型相 差工 业建筑增刊第六 届 全 国现 代 结构 工 程 学术 研 讨 会较大最大 应 力 比相 差 达刚 接 计算 得 到 的弯 矩 达此 时 弯矩 的 影 响 已不 容 忽略为什么会 产 生 这种 结 果 呢主要 是 因 为对
5、 于 正 放 四角 锥 网 架 这类 超 静 定 结构结 构传 力 路 径 与杆 件 的 刚度 有关结构 按 照杆 件 刚 度 的比 例 传递 外 荷 载一 般 情 况 下正 放 四 角锥 网 架 杆件 的 轴 向刚 度 远大 于 抗 弯刚 度因此 即 使 采用 刚 接模 型杆 件 仍 以承 受 轴 力为 主以表中轻 屋 面 计算 模 型 为例中杆件长为轴 向 刚度 值 为 翻抗 弯 刚度 可 按 ” 五了计 算正匕于参 数取 决于 结 构在 荷 载 作用 下 的 变形 情 况假 设 杆 端弯 矩 仅 由于 侧 移产 生取二中杆 件 的抗 弯 刚 度值 约 为一 二 共二二 二二 二二二 二二
6、二 二二 立一二无无因此 杆 件 以承 受 轴力 为 主由弯 矩 产生 的 应 力与 由 轴 力产 生 的 应力 比 值近 似 按 下式 估 算月丑 一 一一一 一砰式 中为钢 管 半 径为 杆 件长 度可见 由 弯矩 产 生 的 应力 与 由轴 力 产 生 的应 力 比值 与成 正比采用重屋 面 时由于 杆 件截 面 变 大抗 弯 刚 度的 增 加 大于 轴 向 刚度的 增 加因 此 按刚 度 计 算时弯矩 增 加较 多由于 弯 矩 引起 的 应 力增 加 也 较大表正放 四 角 锥 网架 计 算结 果 二 份 荞撰举翼第 二种 是 首 先假 设 网 架节 点 为 刚接杆件 采 用 梁单 元
7、 进 行满 应 力 优化 设 计得 到 设计 结 果 后再 假设网架 节 点为 铰 接杆 件 采用 杆 单 元进 行 校 核计 算 结果 如 表所 示可以 看 出表与 表中 轻屋 面 与 重屋 面 网 架 的计 算 结 果规 律 相 同 对 比 表与表可 知对 于 焊 接球 节 点 正放 四 角 锥 网架当 采用 杆 件 较小 时按 铰 接 计算 与 按 刚接 计 算 结果 相 差 很小 最 大 应 力 比之 差 小于按 刚接 进 行 优化 设 计 时结 构杆 件 总重量 比 按 铰接 优 化 设计 重因此 这 种 情况 下 完 全 可以 按 铰接 模 型 设计 网 架 但 当 网 架杆 件
8、截 面较 大 时如 本 例 题 中重 屋 面网 架按 铰 接 计算 与 按 刚接 计 算 结果 的 差异已不 容 忽视 最 大 应 力比 相 差 达按刚 接 进 行优 化 设 计时结构 杆 件 总重 量 比按 铰 接 重如 果 先按 铰 接 设计 再 按 刚接 验 算 超 应力 杆 件有根应 力 比 超过的杆 件 达根最 大 应 力 比由 于四 角 锥 网架 是 高次 超 静 定结 构 部 分 杆件超过 设 计应 力 幅 度不 大 时 尚不 至 于 影响 到 结 构的 安 全 性 但 结构 的 可 靠度 达 不 到设 计 要 求 因 此设 计 时需要注 意 这一 问 题对 大 型 焊接 球 网
9、 架按 铰 接进 行 设 计 时需 要 提高 一 定 的安 全 储备由 表还 可 看 出对 于正 放 四 角锥 网 架考 虑 到节 点 半 刚性 能 的 影响在 按刚 接 进行 设 计 然后 按 铰接进 行 验 算 时由 于按 刚 接 设计 杆 件 用钢 量 较高杆 件 的计 算 应力 均 有 所降 低说明 按 刚接 设 计 完全 可 保证结 构 的 安全 性业建筑增刊第六届全国现代结构工程学术研讨会三、管析架不同计算模型计算结果的比较一析架实际工程一某管析架实际工程,模型如图所示,结构长,宽,支承情况为柱项铰接,如图所示,在此我们取受力最大的主析架作为研究对象,钢材采用钢,计算简图如图所示,
10、由于工艺要求,左侧柱间距为,右侧柱间距为,荷载假设按集中荷载加到次析架与主朽架的连接节点上。按传统方式简化计算模型,一般认为主析架为平面析架结构,在此我们取三种计算模型进行分析,模型一为全刚接模型,假设主管与主管、支管与主管间均为刚接,所有单元按梁单元进行计算模型二为部分刚接模型,假设主管与主管刚接,支管与主管间为铰接,支管腹杆按杆单元进行计算,主管弦杆按梁单元进行计算模型三为全铰接模型,假设主管与主管、支管与主管间均为铰接,所有单元按杆单元进行计算,为了限制刚体位移,在节点施加平面外方向的约束条件。三种计算模型优化设计结果分别见表、表,表中单元所在位置在支承柱附近,单元编号如图所示。表主析架
11、部分杆件截面计计算算单元元单元元单元元单元元单元元单元元杆件总重重模模型型截面面截面面截面面截面面截面面截面面模模型一一中义中中中中巾模模型二二中中中中中中模模型三三中巾巾中中中工业建筑增刊第六 届 全 国现 代 结 构工 程 学 术研 讨 会图大 拱 横 剖面图部 分单 元 编 号裹析 架 部 分杆 件 截 面 畏青蒸洲表析 架 部 分杆 件 最 大计 算 结 果单 位 节攀黝对 方 案进 行 优 化设 计 时 假设 析 架 弦杆 可 以 变二 次 截面计 算结 果 如 表表所 示其 中 单元 编 号 如图所 示号 单元 为 大 拱对 称 轴上 竖 腹 杆号号 单元 为 弦杆 底 部 上弦下
12、 弦杆 单 元号号单 元 为弦 杆 跨 中上 弦下 弦 杆 单元从表表中 可 以看 出采用 不 同 分析 模 型 得到 的 优 化设 计 结果 相 差较 大采 用 全铰 接 模 型进 行 计算 得 到 的用 钢 量 最低但对 此 分 析结 果 按 刚接 模 型 进行 校 核 时存 在 较多 的 杆件 超 出 设计 应 力相 比之 下 按全 刚 接 模型 优 化 设计 结 果 比较 安 全 本 工 程所 承 受 的控 制 荷 载为 横 向风 荷 载垂 直 大拱 跨 度方 向由 于 在横 向 风 作用 下 方 案一 与 方 案 二的 受 力 特性 相 差 较 大 因 此 二者 计 算结 果相 差
13、较 大限 于篇 幅 本 文对 计 算结 果 不 作深 入 分 析四结论对 于 双 层焊 接 球 节 点网 架在 具 备 条 件的 前 提 下尽 量 采 用 刚接 模 型 杆 件 采 用梁 单 元进 行 分 析设 计如 果按 铰 接 模型杆件 采 用 杆单 元进 行 分 析 设计当杆 件 截 面与 形 心 长度 比 值 较大 时宜考 虑 杆件 可 能承 受 弯矩 的 影响对 于 管 结构 计 算模 型 钢 结构 设 计 规 范中 第条之 规 定 具有 合 理 性但 实际 工程 设 计 中可 操 作性 稍 差 为 了 保 证结 构 的 安全 性同样 建 议在 具 备 条件 的 前 提 下尽 量 采
14、用 刚 接 模型 杆件 采 用梁 单 元进 行分 析 设 计但 当验 算 结 构 整体 稳 定性 时 需 要考 虑 节 点刚 度 的 影响当杆 件 截 面高 度或 直 径与杆 件 的 形心 长 度 比值 较 大 时 或 对 节 点刚 度 比 较敏 感 的 大型 管 结 构工业 建筑增 刊第六届全国现代结构工程学术研讨会体系,分析时计算模型需要谨慎选取,由于实际管结构相贯节点为半刚节点,并非所有工程采用刚接模型都是偏于安全的,必要时考虑节点刚度对结构的影响或进行包络设计。参考文献中华人民共和国国家标准,钢结构设计规范一中华人 民共和国国家标准,网架结构设计与施工规程一陈以一,王伟等圆钢管相贯节点抗弯刚度和承载力实验【 建筑结构学报,工业建筑增刊
