《拱形桁架设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《拱形桁架设计（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、某拱形钢结构设计计算分析*姓名：何卫学号：08231158班级：土木0806班单位：北京交通大学土建学院时间：2011年5月22日拱形桁架模型分析对模型的整体结构分析：从第一眼看这拱形模型桁架，给人一种艺术家那种概念理论的设计，并将其想象力付诸实践的结构。在看了其结构中各种构件的布置和尺寸图集，结合计算书的计算可知，这是一个由五个钢拱通过锚索和膜结构相连而组成的空间体系。通过图集可知，分别是A拱和D拱通过低松弛预应力钢索相连；B拱和E拱通过通过低松弛预应力钢索相连；C拱上由膜结构与B、D相连。各个拱都是在同一个平面上，每个钢拱是一个平面的无铰拱。计算书中采用的是用有限元来模拟；因为没有学过有限
2、元的理论，我查看了各类与有限元相关的书籍，大致知道有限元计算的基本理论和过程。有限元分析过程可以分为以下三个阶段：1.建模阶段:建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元分析的计算模型有限元模型，从而为有限元数值计算提供必要的输入数据。有限元建模的中心任务是结构离散，即划分网格。但是还是要处理许多与之相关的工作：如结构形式处理、集合模型建立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界条件的定义等。2.计算阶段:计算阶段的任务是完成有限元方法有关的数值计算。由于这一步运算量非常大，所以这部分工作由有限元分析软件控制并在计算机上自动完成。3.后处理阶段:它的任务是对计算输出的结果惊醒
3、必要的处理，并按一定方式显示或打印出来，以便对结构性能的好坏或设计的合理性进行评估，并作为相应的改进或优化，这是惊醒结构有限元分析的目的所在。 本算例老师要求用MIDAS软件进行求解，模型的建立、节点和材料的定力老师已经给出来了，我们只需要将风荷载、温度应力、和自重荷载加进去来算的地基反力；自重作用下的荷载应经有材料的定力自动加进去了；我们只需要加温度力和风载，一、设计任务1.采用midas进行风荷载、自重及温度荷载下的结构分析；2.计算结构内力；3.进行基础设计；4.分析原有结构及基础设计的优缺点。1）模型建立节点：307单元：5182）输入荷载1、风荷载1）基本信息地面粗糙度:C类基本风压
4、（KN/m2）:W0=0.650结构基本周期:T1=0.435（X方向）结构基本周期:T1=0.511（Y方向）地形修正系数:y=1.0002）风荷载数值本工程采用了拱、桁架和膜结构，应对拱和膜受到的风荷载进行计算。拱结构膜结构垂直于拱轴的水平风荷载由膜张力引起水平风荷载（作用于B、D拱）垂直于膜面的竖向风荷载（传递到桁架上）风荷载计算公式：w=B卩卩w拱结构：kzzs0拱结构的各点高度均不同，计算时将拱结构分为几部分，对每一部分求其平均风荷载值。膜结构：由膜张力产生的水平风荷载假定为10kN/m，作用于B、D拱。垂直于膜面的竖向风荷载采用风洞实验报告的结果进行计算。平均压力系数风压高度变化系
5、数与体型系数的乘积60度时测得的平均压力系数垂直于膜面的竖向风荷载计算2、结构自重荷载根据材料容重和材料截面特性由结构自动进行加载3、温度荷载最大温差设为25C。三、荷载组合荷载组合类型设计组合1拱结构上风荷载计算表钢材1.4x风荷载+1.0x温度荷载+1.2x自重荷载组合内容直径m分段起点Z坐标分段中点Z坐标距地面平均高度巴ZHz卩Z风荷载（线荷载）kN/m拱A103.99.450.740.370.2401.3580.6533.97.313.10.740.510.3901.5810.7600.917.3&115.20.7440.600.4501.6670.7660.9&111.517.30.
6、7860.680.6261.8780.86411.515.621.050.8570.830.7761.9981.0020.8515.616.123.350.8940.920.8882.0951.0350.816.11824.550.930.960.9442.1191.025拱B0.9-2.40.46.50.740.250.1251.1860.5140.80.90.40.8&10.740.320.1901.2830.5250.80.84.2100.740.390.2601.3870.6010.70.84.24.611.90.740.470.3471.5170.5470.74.66.4130.74
7、0.510.3901.5810.532拱C0.4-3.3-0.015.8450.740.230.1071.1590.2230.4-0.010.97.9450.740.310.1801.2680.2440.40.90.958.4250.740.330.2001.2980.250拱D1-2.4-2.045.280.740.210.0901.1340.5451-2.04-0.985.990.740.230.1071.1590.5580.91-0.98-0.766.630.740.260.1341.2000.5480.9-0.760.957.5950.740.300.1701.2530.5430.80
8、.90.951.168.5550.740.340.2101.3130.5370.81.162.149.150.740.360.2301.3430.517拱E0.903.99.450.740.370.2401.3580.5880.80.93.94.411.650.740.460.3361.5010.6140.84.46.512.950.740.510.3901.5810.6080.86.5&5150.740.590.4431.6600.6390.70.8&5916.250.7650.640.5381.7750.6620.791117.50.790.690.6481.9040.685四、拱端支座反
9、力编号Fx（N）Fy(N)FZ(N)MX(N*m)My(N*m)Mz(N*m)E375026-238908239410665400-113900-1040000A247134471183183641153000-1110000-749700D983675-697803337171657600-867700-1892000B10688236757285571631042000-1490000-430300C892480-1079417312539467483-124100-43246基础计算书基础计算简图图1空间示意图a(a)立面图(b)AB投影图图2平面计算简图二截面特性因基础是由同一种混凝土
10、材料构成的，故重心和形心重合。则，重心G的几何位置为：0.5x42x2.67+4x1x4.5+.XG0.5x42+8.5x74.21m2x9.33+8.5x7.0x3.5ZG2+8.5x75.12mYG3.0m三作用在拱端的反力经分析得，作用在拱端的支座反力见表1。表1拱端支座反力编号F(N)XF(N)YF(N)ZM(Nm)XM(Nm)YM(Nm)ZE375026-238908239410665400-113900-1040000A247134471183183641153000-1110000-749700D983675-697803337171657600-867700-1892000B1
11、0688236757285571631042000-1490000-430300C892480-1079417312539467483-124100-43246四作用在基础重心G上的力首先将作用在各拱端的支座反力合成到H点，再经过计算，将作用在H点上力转化到作用在基础重心G上的力，计算结果见表2。表2作用在基础上的力编号FX(KN)FY(KN)FZ(KN)MX(KNm)MY(KNm)MZ(KNm)H-3567225-1625-418778343964G-3567225-14413-5128-27214567(a) 五抗倾覆验算绕X轴产生的弯矩：M倾=-225X5.12-5128=-6280(K
12、Nm)XM抗=14413X3.0=43239(KNm)X故，M倾VM抗，满足要求。XX(b) 绕Y轴产生的弯矩：M倾=-3567X5.12-2721=-20984(KNm)YM抗=14413X4.21=60679(KNm)Y故，M倾VM抗，满足要求。YY六抗滑移验算(a)基础底面位于粉土层，取静摩擦系数卩=0.35，则水平摩擦力:f=r-F=0.35X14413=5045(KN)Z故，FVFVf，满足要求。YX(b)基底因扭矩M产生的剪应力按圆计算，其几何尺寸见图3.4567x5.23.14x10.4432=20.7(KN/m2)Tz抗=f=誤=98KN/m2)故，T滑VT抗，满足要求。zz图
13、3基底简图图4基础模型七地基承载力验算地基承载力验算的计算模型如图4所示。G=43626(KN)作用在重心的竖向力为：F=(43621625=)4525(1KN)z基底面积：A=249.39m2则，基底反力为：F45251P=181.45kPaA249.39角砾层地基承载力特征值P=250kPa。a故，PP，满足要求。a总结从计算书中通过有限元的计算可以看出，B钢拱的X向和Y向水平力都很大而且X向数值比起其他钢拱大了数倍，这缘于B和C、D拱承受水平风力作用，钢索分别对B和D拱施加了压力，并且B钢拱的拱轴线也趋于水平，这就相当于在B拱轴线平面作用了较大的荷载，导致支座反力也较大，符合模型特点。同样的道理，A钢拱受到D钢拱通过钢索的作用力，受到相应方向的压力，导致其Z方向支座反力较大，其他钢拱也可以分析出类似的结论。抗倾覆验算是防
