5-6 桁架與拱結(jié)構(gòu) - 桁架

《5-6 桁架與拱結(jié)構(gòu) - 桁架》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、第二篇實(shí)用結(jié)構(gòu)第13章桁架與拱結(jié)構(gòu)§13.1桁架的歷史演變只受結(jié)點(diǎn)荷載作用的等直桿的理想鉸結(jié)體系稱桁架結(jié)構(gòu)。它是由一些桿軸交于一點(diǎn)的工程結(jié)構(gòu)抽象簡化而成的。桁架在建造木橋和屋架上最早見諸實(shí)用。古羅馬人曾用桁架修建橫跨多瑙河的特雷江橋的上部結(jié)構(gòu)（發(fā)現(xiàn)于羅馬的浮雕中）。文藝復(fù)興時期，意大利建筑師（拔拉雕Palladio）開始采用木桁架建橋，出現(xiàn)了朗式（圖13.1.1）、湯式（斜交格柵）、豪式桁架（圖13.1.2）。英國最早的金屬桁架建于1845年，是和湯式木桁架相似的格構(gòu)桁架，圖13.1.1朗式桁架橋圖13.1.2豪式桁

2、架拱橋第二年又采用了三角形的華倫式桁架（圖13.1.3a）?，F(xiàn)代桁架多由此衍生而來，如鋼桁梁標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中的帶豎桿華倫式桁架和帶豎桿的菱形（雙三角形）桁架(圖13.1.3b、c)。(a)華倫式桁架(b)帶豎桿華倫式桁架(c)帶豎桿菱形桁架圖13.1.3近代桁架的衍變（各結(jié)點(diǎn)均為鉸結(jié)點(diǎn)）10桁架桿件只受軸向力，應(yīng)力分布均勻，材料強(qiáng)度得到充分利用。從古代的木桁架到近代的鋼桁架（薄壁鋼桿）和鋼筋混凝土（或預(yù)應(yīng)力混凝土）桁架，桁架對材料的適應(yīng)范圍也很廣。梁式桁架（桁梁）實(shí)際上是對實(shí)腹梁中性區(qū)的掏空和改進(jìn)，有助于減輕自重，增加承受

3、外荷載的數(shù)量比，適合于向大跨度發(fā)展。由構(gòu)造簡單的等截面梁逐漸發(fā)展到經(jīng)濟(jì)合理的梁式桁架似乎是結(jié)構(gòu)形式發(fā)展的必然。實(shí)際上，早在結(jié)構(gòu)理論誕生之前就有桁架的工程應(yīng)用，但從實(shí)腹梁到桁架梁的演變過程卻無從考證。19世紀(jì)中葉以后，隨著桁架分析理論的完善，鋼桁梁橋得到迅速發(fā)展。而等截面梁雖不經(jīng)濟(jì)，但在跨度不大和荷載較小的情況下，由于便于制造和施工，在工程中還廣為采用?！?3.2桁架種類及其內(nèi)力特征●　平面桁架分類(1)根據(jù)桁架的外形分為：平行弦桁架（便于布置雙層結(jié)構(gòu)；利于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，但桿力分布不夠均勻）、折弦桁架（如拋物線形桁架梁，

4、外形同均布荷載下簡支梁的彎矩圖，桿力分布均勻，材料使用經(jīng)濟(jì)，構(gòu)造較復(fù)雜）、三角形桁架（桿力分布更不均勻，構(gòu)造布置困難，但斜面符合屋頂排水需要），如圖13.2.1所示（各結(jié)點(diǎn)均為鉸結(jié)點(diǎn)）。(a)平行弦桁架（柏式）(b)拋物線形桁架(c)三角形桁架圖13.2.1常見桁架外形桁架的外形取決于弦桿的布置。若按桁架腹桿系的布置，則桁架還可細(xì)分為三角形腹系（即華倫式桁架，見圖13.1.3a）、帶豎桿的三角形腹系（圖13.1.3b）、半斜桿腹系（如K式桁架，見圖13.2.2a）和組合腹系（亦稱再分式桁架，見圖13.2.2b）。(a

5、)K式桁架(b)再分式桁架圖13.2.2桁架腹桿系布置(2)由桁架幾何組成方式分為：簡單桁架（由一個基本鉸結(jié)三角形依次增加二元體組成，如圖13.2.1a、b、c）、聯(lián)合桁架（由幾個簡單桁架按幾何不變體系的簡單組成規(guī)則聯(lián)合組成，如圖13.2.3a）、復(fù)雜桁架（不同于前兩種的其它靜定桁架，如圖13.2.3b）。10(a)聯(lián)合桁架(b)復(fù)雜桁架圖13.2.3桁架幾何組成(3)按所受水平推力分：無推力的梁式桁架（與相應(yīng)的實(shí)體梁結(jié)構(gòu)比較，掏空率大，上下弦桿聯(lián)合抗彎，腹桿主要抗剪，受力合理，用材經(jīng)濟(jì)）和有推力的拱式桁架（拱圈與拱

6、上結(jié)構(gòu)聯(lián)為一體，整體性好，便于施工，跨越能力強(qiáng)，節(jié)省鋼材料），如圖13.2.4所示。(a)伸臂梁式(b)懸臂梁式(c)拱式圖13.2.4梁式桁架與拱式桁架●　桁架內(nèi)力特征理想桁架桿件都是二力桿，其內(nèi)力只有軸力，而沒有彎矩和剪力，截面應(yīng)力分布均勻。這一受力特點(diǎn)反映了實(shí)際桁架結(jié)構(gòu)的主要工作形態(tài)，軸力為桁架的主內(nèi)力。實(shí)際桁架（如整體澆筑的鋼筋混凝土屋架，采用榫接或螺栓聯(lián)接的木屋架，鉚（栓）接或焊接的鋼桁架橋）中由于各桿軸線不一定準(zhǔn)確交于結(jié)點(diǎn)上，結(jié)點(diǎn)也并非理想鉸結(jié)等原因，還同時存在微小的附加彎矩和剪力對軸力的影響，這種影響是

7、次要的（因結(jié)點(diǎn)剛性及桁架桿橫截面積與慣性矩比值的大小而異，一般在5%～0.1%），內(nèi)力增量稱為次內(nèi)力。對于靜定桁架，考慮桁架各結(jié)點(diǎn)的平衡條件（結(jié)點(diǎn)受匯交力系作用），逐個建立結(jié)點(diǎn)的投影平衡方程，可求出所有的未知桿力，這種方法稱結(jié)點(diǎn)法，最適用于簡單桁架。求解時，先根據(jù)桁架組成特點(diǎn)判定零桿，并盡可能避免聯(lián)立方程。當(dāng)只需求少數(shù)桿件內(nèi)力或者對于聯(lián)合桁架和復(fù)雜桁架結(jié)點(diǎn)法無法奏效時，宜采用截面法。該法有選擇地截?cái)鄺U件（平面桁架一般不超過三桿）以桁架局部隔離體作為平衡研究對象，列出力矩（或投影）平衡方程即可求得所需桿件軸力。某些桁架

8、（如K式桁架）需要聯(lián)合應(yīng)用結(jié)點(diǎn)法和截面法求解。對于多桿件的復(fù)雜桁架或空間桁架，最好的選擇是計(jì)算機(jī)方法（見§4.4矩陣位移法…）。在支架、塔架和桅桿等柱結(jié)構(gòu)中使用的桁架應(yīng)作為組合壓桿考慮其穩(wěn)定性問題。●平面桁架與空間桁架桁架有平面桁架與空間桁架之分，雖說實(shí)際桁架都是空間桁架。理想化的平面桁架不僅各桿軸都是位于同一平面內(nèi)并通過理想鉸的中心的直線，而