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          管桁架結構設計要點有哪些?

          發布時間:2020-11-07 瀏覽次數:39
          管桁架結構的受力特點

          管桁架,是指用圓桿件在端部相互連接而組成的格構式結構。與傳統的開口截面(H型鋼和I字鋼)鋼桁架相比,管桁架結構截面材料繞中和軸較均勻分布,使截面同時具有良好的抗壓和抗彎扭承載能力及較大剛度。這種鋼構不用節點板,構造簡單,制作安裝方便、結構穩定性好、屋蓋剛度大。
          空間三角形鋼管桁架在受到豎向均布荷載作用的時候,表現出腹桿抗剪、弦桿抗彎的受力機理。弦桿軸力的主要影響因素是截面的高度,而豎面斜腹桿軸力的主要影響因素是豎面腹桿與豎直線的傾角。水平腹桿在豎向荷載作用下的受力較小,但是如果受到明顯的扭矩作用的話,必須考慮適當加大其截面尺寸。
          靜力計算。管桁架結構應經過位移、內力計算后進行桿件截面設計,如桿件截面需要調整應重新進行設計,使其滿足設計要求。設計后,桿件不宜替換,如因備料困難等原因必須進行桿件替換時,應根據截面及剛度等效的原則進行,被替換的桿件應不是結構的主要受力桿件且數量不宜過多(通常不超過全部桿件的5%),否則應重新校核。分析管桁架結構因溫度變化而產生的內力,可將溫差引起的桿件固端反力作為等效荷載反向作用在桿件兩端節點上,然后按有限元法分析。
          抗震計算。在單維地震作用下,進行多遇地震作用下的效應計算時,可采用振興分解反應譜法,對于體形復雜或重要的大跨度結構應采用時程分析進行補充計算。采用時程分析法時,應按建筑場地類別和設計地震分組選用不少于兩組的實際強震記錄和一組人工模擬的加速度時程曲線,其平均地震影響系數曲線應與振形分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線在統計意義上相符。加速度曲線峰值應根據與抗震設防烈度相應的多遇地震的加速度時程曲線大值進行調整,并應選擇足夠長的地震動持續時間。
          當采用振形分解反應譜法進行管桁架結構地震作用分析時,建議至少取前25~30個振形,對體形特別復雜或重要的需要取更多振形進行效應組合。在抗震分析時,應考慮支承體系對其受力的影響。此時可將桁架結構與支承體系同時考慮,按整體分析模型進行計算;也可把支承體系簡化為管桁架結構的彈性支座,按彈性支承模型進行計算。在進行結構地震作用效應分析時,對于周邊落地的管桁架結構,阻尼比可取0.02,對有混凝土結構支承的管桁架結構,阻尼比取0.03。對于體形復雜或較大跨度的管桁架結構,宜進行多維地震作用下的效應分析。進行多維地震效應計算時,可采用多維隨機振動分析方法、多維反應譜法或時程分析法。
          計算軟件。目前,能對桁架結構進行前處理分析驗算,后處理節點設計出圖的有STS、STCAD、MST2006、3D3S。STS桁架模塊能方便建立平面桁架模型,但不能建立空間桁架模型。STCAD的建模以及模型編輯功能都比較強,但是操作上比較不便,截面定義、分組繁瑣,其后處理節點設計的參數比較豐富。MST2006的桁架模型基本上套用網架模型的驗算功能。3D3S可方便輸入單元、節點、局部單元荷載,各種工況荷載都可以通過導荷載的方式由面荷載轉化為節點荷載,風荷載可自動考慮風壓高度變化系數、風振系數。工程中常使用計算軟件為3D3S。
          桁架截面尺寸變化對其內力的影響
          對于空間三角形鋼管桁架而言,當確定了截面高度、上弦寬度以及節間長度后可確定一種截面形狀。隨著上弦寬度的變化,弦桿的內力基本上保持不變,但是腹桿和跨中撓度都有顯著的變化。上弦寬度的增加,造成豎面腹桿的傾角相應增加,豎面腹桿的軸力在持續增加,傳遞到水平面上垂直腹桿的力也在增加。
          同時,豎面腹桿軸力的增加也造成了桿件剪切變形的增加,反映到結構即是結構跨中撓度的增加。在截面彎矩不變的情況下,上下弦桿的內力也僅僅是當截面高度有變化的時候,才會發生較大幅度的變化,跟其它的截面參數沒有關系。同時隨著截面高度的增加,由于傾角的減少,腹桿的軸力表現持續的減少,而由于彎曲變形和剪切變形的減少,跨中的撓度也逐漸變小。
          截面高度是影響構件選擇尤其是弦桿選擇的一個非常重要的因素,其對結構剛度的影響遠大于其它因素。節間長度的大小會直接導致腹桿夾角的改變。改變節間長度以后,弦桿的內力略有變化,同時腹桿的軸力有了相應的變化。
          隨著節間長度的增加,豎面腹桿的傾角相應增加,所以豎面腹桿的軸力在持續加大,傳遞到水平面上垂直腹桿的力也在增加??缰袚隙入S著節間長度的增加呈減少的趨勢,后趨于穩定。從中可以看出,如果腹桿布置過密,對結構的剛度沒有起到積極的作用,反而加大了跨中撓度。節間長度也并非是越大越好,為了腹桿與弦桿的連接的可靠,一般的傾角控制在35°~55°之間。
          管桁架結構因具有造型美觀、制作安裝方便、結構穩定性好、屋蓋剛度大、經濟效果好等特點,已廣泛應用于公共建筑中。在設計過程中,必須把握管桁架的受力特點,才能設計出安全可靠、經濟美觀的管桁架項目。


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          鋼管結構焊接時會產生內應力,被焊桿件施焊和冷卻時,不均勻的溫度會影響熱應力。金屬組織中的金相組織產生的內應力受到結構的約束,產生約束應力。如果在焊接過程中內應力沒有得到很好的控制,則將導致焊條的形狀和尺寸發生變化。小變形將影響結構的精度并給組裝帶來困難。過度的變形也會導致裂紋,從而降低結構的承載能力。因此,焊接變形不僅會影響建筑結構的外觀,降低適用性,造成經濟損失。焊接材料焊接母材和焊接材料是影響管桁架焊接變形的主要因素。焊接材料是金屬,其獨特的熱物理性能以及機械性能的變化會在焊接過程中引起焊條變形。材料的熱傳導系統的系數越大,溫度梯度越小,并且在焊接過程中的焊接變形也越小。金屬材料具有熱膨脹和收縮特性,材料線性膨脹系數的增加將增加焊條的變形。同時,不同的材料具有不同的化學成分并影響機械性能。例如,Q345B結構鋼沖擊韌性較低,而G20Mn5鑄鋼在鑄造過程中不可避免地會產生縮孔,成分偏析,晶粒粗大等缺陷。這些因素都在一定程度上影響焊接性能。 焊接技術焊接技術對管桁架焊接變形的影響是復雜的。在管桁架結構加工時,焊接胎架的生產,定位和拼裝要求以及運輸等因素決定了管桁架管件焊接方式,從而影響焊接電流,焊接電壓,結構定位,固定方法和焊接的選擇順序。例如,多層焊接對焊接技術參數的影響。研究表明,層的焊縫收縮大,第二和第三層的焊縫收縮迅速減小,第二層收縮量是層的20%,第三層是層的5%左右。焊接層越多,焊接變形的影響越大;斷續焊縫比連續焊縫引起的變形??;焊接順序對材料的殘余應力和應力分布影響。通常認為,過度的焊接變形的原因通常是由于沒有按照合理的焊接程序進行焊接,或者是在沒有焊接子部件的情況下進行整體拼接。 結構因素焊接結構設計也是影響管桁架變形的一個重要方面。通常,結構的約束度增加時,焊接變形相對減小。在焊接過程中,結構構件本身的約束隨著結構的復雜性的增加和焊接工作的發展而不斷變化。在焊接結構的設計中,使用耳板或加勁板來提高結構構件的穩定性和剛度可以減少焊接變形,但是這種方法增加了組裝和焊接的工作量,并增加了焊接變形分析的難度。 鋼結構加工 彩鋼板 門式鋼架 鋼結構墊片加工 鋼結構墊片加工 鋼結構加工 管桁架 網架 彩鋼板 鋼結構墊片加工
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