桁架內(nèi)力計算及受力性能分析

在工程實際中，工業(yè)廠房、體育館、橋梁、起重機、電視塔等結(jié)構(gòu)中常用銜架結(jié)構(gòu).桁架是一種由桿件彼此在兩端用鉸鏈連接而成的結(jié)構(gòu).它在受力后幾何形狀不變。桁架中桿件的連接點稱為節(jié)點。桁架的優(yōu)點是:桿件主要承受拉力或壓力，可以充分發(fā)揮材料的作

用，減輕結(jié)構(gòu)的重量，節(jié)約材料，實現(xiàn)大跨度。

在實際結(jié)構(gòu)中，桁架的受力情況較為復(fù)雜，為簡化計算，同時又不與實際結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的誤差，桁架的計算簡圖常常采用下列假定:

(1)連接桿件的各節(jié)點是無任何摩擦的理想鉸.

   (2)各桿件的軸線都是直線，都在同一平面內(nèi)，并且都通過鉸的中心。

(3)荷載和支座反力都作用在節(jié)點上，并位于桁架平面內(nèi)。

工程實際中的桁架，與上述假設(shè)有些差別.如銜架的節(jié)點不是鉸接的，桿件也不可能是的直桿。但在工程實際中，采用上述假設(shè)能夠簡化計算.而且所得的計算結(jié)果符合工程實際的要求.根據(jù)這些假設(shè)，桁架中的各桿都可看成只在兩端受到約束反力作用的二力桿.因此，各桿

只產(chǎn)生沿著桿的軸線方向的內(nèi)力，即軸力。

 桁架的安裝

   (1)接頭施工

   ①重慶桁架上弦、下弦接頭的位置，所采用的螺栓直徑、數(shù)量及排列間距均應(yīng)按圖施工。受拉構(gòu)件端部布置螺栓的區(qū)段及其連接板的木節(jié)子尺寸的限值應(yīng)符合《木結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB

50206-2012)的規(guī)定，螺栓排列應(yīng)避開木材髓心。

②受壓接頭的承壓面應(yīng)與構(gòu)件的軸線垂直鋸平，不應(yīng)采用斜搭接頭。

③齒連接或構(gòu)件接頭處，不得采用凸凹摔。

④采用木夾板螺栓連接的接頭及用螺栓拼合的木構(gòu)件鉆孔時，應(yīng)按設(shè)計的要求，將各部分定位并臨時固定，然后用電鉆一次鉆通。受剪螺栓的孔徑不應(yīng)大于螺栓直徑I

mm，系緊螺栓的孔徑可大于螺栓直徑1-3 mm.

   (2)螺栓和墊板施工

①木結(jié)構(gòu)中所用鋼件應(yīng)符合設(shè)計的要求。鋼件的連接均應(yīng)用電焊，禁止用氣焊或鍛接。鋼件在焊接前應(yīng)做除銹處理，并

涂抹防銹油漆。

②受拉、受剪和系緊螺栓的墊板尺寸應(yīng)符合設(shè)計要求，并不得用兩塊或多塊墊板來達到設(shè)計厚度。

③下列受拉螺栓必須戴雙螺母:鋼木析架的圓鋼下弦;析架的主要受拉腹桿;受振動荷載的拉桿;直徑等于或大于20 mm的拉桿。

空間桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計常用的基結(jié)構(gòu)法以虛擬的初始基結(jié)構(gòu)入手，通過改變桿件結(jié)點位置、拓撲連接情況和截面尺寸實現(xiàn)桁架結(jié)構(gòu)的拓撲和布局優(yōu)化，其優(yōu)解是基結(jié)構(gòu)的一個子集，因此合理的結(jié)構(gòu)形式是整個結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)。等[3]基于遺傳算法，提出桁架基結(jié)構(gòu)的自動形成機制，避免傳統(tǒng)的基結(jié)構(gòu)法中存在的缺陷；姜冬菊等[4]智能生成形式多樣、合理的基結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)優(yōu)化模型中單一基結(jié)構(gòu)。此類問題的研究大多是針對二維平面桁架的。在特定的載荷和約束條件下，對于三維空間桁架，很難采用定量的方法來描述其結(jié)構(gòu)形式，因此該類研究較少。

　　本文在已知三維設(shè)計空間大小和約束載荷的條件下，基于連續(xù)體拓撲優(yōu)化方法建立優(yōu)化模型，以多工況下靜態(tài)剛度和動態(tài)固有頻率為目標函數(shù)，獲得結(jié)構(gòu)材料在設(shè)計空間的分布形式和傳力路徑，構(gòu)造空間桁架的結(jié)構(gòu)構(gòu)型，并以此為基礎(chǔ)進行詳細設(shè)計。