2.网架结构(下).ppt
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1、大跨空间结构大跨空间结构之之2.网架结构 (下下)Plate-like Space Truss主讲人:钱宏亮主讲人:钱宏亮 1/862.3 网架结构分析网架结构分析2.3.1 荷载作用荷载作用2.3.2 有限元分析方法有限元分析方法2.3.3 几何不变性分析几何不变性分析2/861永久荷载永久荷载(1)自重()自重(2)屋面()屋面(3)吊顶)吊顶(4)设备管道设备管道2可变荷载可变荷载(1)屋面活载()屋面活载(2)屋面雪荷载()屋面雪荷载(3)风荷载)风荷载(4)积灰荷载()积灰荷载(5)吊车荷载)吊车荷载3.温度应力温度应力4.地震作用地震作用(水平,竖向)(水平,竖向)2.3.1 荷载
2、作用荷载作用3/86 补充说明补充说明1 1)双层网架自重估算)双层网架自重估算qw 除网架自重外的荷载标准值除网架自重外的荷载标准值(kN/m2)L 网架的短向跨度(网架的短向跨度(m)网架节点自重一般占网架总重的网架节点自重一般占网架总重的20%-25%20%-25%。网架杆件自重随跨度变化网架杆件自重随跨度变化 网架自重(网架自重(kg/m2)4/862 2)网架屋面自重估算)网架屋面自重估算轻(金属)屋面:轻(金属)屋面:0.3kN/m2保温玻璃屋面:保温玻璃屋面:1.0kN/m2重屋面:重屋面:约约1.5kN/m23 3)雪荷载)雪荷载雪荷载与屋面活荷载不雪荷载与屋面活荷载不同时考虑
3、,取大值;同时考虑,取大值;应考虑雪荷载的应考虑雪荷载的不均匀不均匀分布分布5/864 4)温度应力)温度应力n对于两端固定的杆件,每变化对于两端固定的杆件,每变化1引起的温度应力约引起的温度应力约为为2.5N/mm2n对于可自由变形的杆件,每变化对于可自由变形的杆件,每变化1引起的温度变形引起的温度变形为为1.210-5L钢结构的温度应力为:钢结构的温度应力为:钢材的线膨胀系数,钢材的线膨胀系数,1.210-5/E 钢材的弹性模量,钢材的弹性模量,2.06105 N/mm2温度应力与温度应力与支座约束密支座约束密切相关。切相关。6/86n温度变化范围是指温度变化范围是指施工安装完毕施工安装完
4、毕时的气温与时的气温与当地常年当地常年最高最高或或最低气温最低气温之差。之差。n网架网架支承平面弦件支承平面弦件的温度应力大于非支承平的温度应力大于非支承平面杆件,面杆件,边缘区域边缘区域的杆件大于中间区域。的杆件大于中间区域。7/86符合下列条件之一者,可不考虑温度应力:符合下列条件之一者,可不考虑温度应力:1.支座节点的构造支座节点的构造允许网架侧移允许网架侧移,且允许侧移值大于或,且允许侧移值大于或等于网架温度变形值;等于网架温度变形值;2.网架周边支承、网架验算方向跨度小于网架周边支承、网架验算方向跨度小于40m,且支承结,且支承结构为构为独立柱独立柱;3.在单位力作用下,柱顶位在单位
5、力作用下,柱顶位移值移值大于或等于下式计算值:大于或等于下式计算值:Am 支承平面弦杆截面积算数平均值(支承平面弦杆截面积算数平均值(mm2)系数,正交正放系数,正交正放=1.0,正交斜放,正交斜放=1.414,三向,三向=2.08/86既允许温度变形又能有效抵抗侧向力既允许温度变形又能有效抵抗侧向力的支座设置的支座设置9/86单向滑动支座单向滑动支座板式橡胶支座板式橡胶支座10/865 5)地震作用)地震作用n频谱相当密集频谱相当密集 (需考虑多振型组合)(需考虑多振型组合)n可分为水平振型与竖向振型两类,一般竖向分量大可分为水平振型与竖向振型两类,一般竖向分量大n各种不同类型网架的竖向振型
6、曲面基本上相似各种不同类型网架的竖向振型曲面基本上相似 n不同类型但具有相同跨度的网架基本周期比较接近不同类型但具有相同跨度的网架基本周期比较接近 网架结构的自振频率和振型具有如下特点:11/86网架地震分析可采用网架地震分析可采用振型分解反应谱法振型分解反应谱法或或时程分析法时程分析法采用振型分解反应谱法时,宜至少采用振型分解反应谱法时,宜至少取前取前1015个振型;个振型;采用时程分析法时,应选用不少于两组的采用时程分析法时,应选用不少于两组的实际强震记录实际强震记录和和一组一组人工模拟加速度时程曲线人工模拟加速度时程曲线;应考虑应考虑支承结构支承结构对网架受力的影响,对网架受力的影响,1
7、)进行整体建模分)进行整体建模分析;析;2)把支承结构简化为弹性支座分析;)把支承结构简化为弹性支座分析;在抗震设防烈度为在抗震设防烈度为8度的地区,对于周边支承的中小跨度度的地区,对于周边支承的中小跨度网架,应进行网架,应进行竖向抗震验算竖向抗震验算;对于;对于9度地区或其他类型网度地区或其他类型网架,均应进行架,均应进行竖向和水平抗震验算竖向和水平抗震验算。12/862.3.2 有限元分析方法有限元分析方法一、基本假定一、基本假定1.1.节点为铰接,杆件只承受轴力节点为铰接,杆件只承受轴力2.2.按小挠度理论计算按小挠度理论计算3.3.按弹性方法分析按弹性方法分析 网架是一种空间杆系结构,
8、节点连接可假定为铰网架是一种空间杆系结构,节点连接可假定为铰接,忽略节点刚度的影响。接,忽略节点刚度的影响。应注意在实际应注意在实际构造中符合这构造中符合这些假定。些假定。13/861.1.平板平板模型模型2.2.梁系梁系模型模型3.3.铰接铰接杆系模型杆系模型计算模型计算模型分析方法分析方法a.a.微分方程解法微分方程解法b.b.差分法差分法d.d.有限元法有限元法二、网架结构计算模型和分析方法二、网架结构计算模型和分析方法空间桁架位移法空间桁架位移法14/86空间桁架位移法计算流程图空间桁架位移法计算流程图 15/86三、网架结构分析流程三、网架结构分析流程结构几何建模赋材料属性赋杆件截面
9、初值结构受力分析添加边界条件施加荷载结构性能评价N杆件、节点设计Y(内力、位移)(内力、位移)(静力、动力、稳定)(静力、动力、稳定)16/86网架为多次超静定结构,截面调整将引起内力重分布网架为多次超静定结构,截面调整将引起内力重分布 补充说明补充说明l 竖杆内力:0.58Fl 斜杆内力:0.29Fl 竖杆内力:0.72Fl 斜杆内力:0.18Fl 竖杆内力:0.93Fl 斜杆内力:0.05F 因此并非循环因此并非循环次次数越多越好数越多越好,原则上原则上两次截面相差两次截面相差不超过不超过5%5%即可(通常即可(通常3-43-4次)次)。17/862.3.3 几何不变性分析几何不变性分析
10、用用用用程程程程序序序序计计计计算算算算时时时时,如如如如出出出出现现现现挠挠挠挠度度度度特特特特别别别别大大大大等等等等不不不不合合合合理理理理情情情情况况况况,则则则则该该该该网网网网架架架架有有有有可可可可能能能能为为为为几几几几何何何何可可可可变变变变。此此此此时时时时,应应应应对对对对网架进行几何不变性分析。网架进行几何不变性分析。网架进行几何不变性分析。网架进行几何不变性分析。试判断以下网格结构的几何不变性18/86 网架几何不变的必要条件网架几何不变的必要条件网架几何不变的必要条件网架几何不变的必要条件 对对对对于于于于具具具具有有有有J J个个个个节节节节点点点点mm根根根根杆
11、杆杆杆件件件件的的的的网网网网架架架架,支支支支承承承承于于于于有有有有r r根连杆的支座上时,其几何不变的必要条件为:根连杆的支座上时,其几何不变的必要条件为:根连杆的支座上时,其几何不变的必要条件为:根连杆的支座上时,其几何不变的必要条件为:m m+r r-3-3J J 0 0 当当当当 =0 0时为静定结构时为静定结构时为静定结构时为静定结构 当当当当 0 0 时为超静定结构时为超静定结构时为超静定结构时为超静定结构 当当当当 010mm 管间夹角,管间夹角,radt tb b =D D/(25/(2545)45)t tb b=(1.5=(1.52.0)2.0)t tpmaxpmax t
12、 tb b 4mm4mm直径:直径:壁厚:壁厚:41/86 当空心球直径为当空心球直径为120900mm时,其受压和受拉承载时,其受压和受拉承载力设计值力设计值NR可按下式计算:可按下式计算:D 空心球外径(空心球外径(mm)d 主钢管杆件的外径(主钢管杆件的外径(mm)f 钢材的抗拉强度设计值(钢材的抗拉强度设计值(N/mm2)当空心球直径大于当空心球直径大于500mm500mm时,乘时,乘0.90.9折减;折减;设加劲肋时,受压提高设加劲肋时,受压提高1.41.4倍,受拉提高倍,受拉提高1.11.1倍。倍。2 2、空心球节点承载力计算、空心球节点承载力计算tdfDdNRp p)54.029
13、.0(+=42/86思考:如何提高焊接空心球的抗压承载力?球内灌浆球内灌浆 钢管穿通钢管穿通 加平行双肋加平行双肋 十字肋十字肋 43/862 2)加劲肋的设置)加劲肋的设置 1 1)钢管与球的连接)钢管与球的连接 3 3、空心球节点连接构造、空心球节点连接构造要求焊缝与钢管等强要求焊缝与钢管等强开坡口,留缝隙;开坡口,留缝隙;管壁大于管壁大于4mm4mm时,加衬管时,加衬管球径大于球径大于300mm300mm宜设肋,宜设肋,大于大于500mm500mm应设肋应设肋肋板应设在主杆平面内肋板应设在主杆平面内肋板厚度不小于球壁厚肋板厚度不小于球壁厚44/864 4、空心球节点设计步骤、空心球节点设
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