桁架结构精选(九篇)

前言：一篇好文章的诞生，需要你不断地搜集资料、整理思路，本站小编为你收集了丰富的桁架结构主题范文，仅供参考，欢迎阅读并收藏。

第1篇：桁架结构范文

关键词：桁架结构；支座形式；承载力

桁架结构杆件受力形态简单，以单向压拉为主，通过对桁架各杆件的合理布置，可以调整结构的内力分布，使得桁架结构具有较大的承载能力以及刚度。因此桁架结构被广泛运用于大跨度厂房以及体育馆等建筑工程中。本文通过有限元模拟不同支座形式下的桁架结构的承载能力，所得结论可为建筑工程屋架的相关设计提供参考依据。

1 计算模型

某钢桁架结构总跨度20m，桁架最高点为5m，桁架节点均采用外径为16cm，内径为10cm的圆形钢管焊接而成，本例采用的单元为beam189单元，对于材料属性的结构参数以钢材定义，其中弹性模量定义为180Gpa，泊松比为0.28，材料密度为7850kg/m3。定义好材料属性以后，建立桁架的三维模型，所建立的模型有限元如图1所示，对模型加载自重作用，并在底梁的每个节点施加竖向向下的300 kN的荷载。

2 不同支座的桁架应力影响分析

对有限元模型进行支座约束，本例采用简支支座处理以及固定端支座处梁两种方式对桁架结构的端节点进行约束。

根据图2可以看出，虽然在两种支座形式下结构的应力分布均呈现出对称分布，但是各个杆件的分布形式相差较大，在简支支座中，应力最大值出现在上弦杆处，为67.9Mpa，应力最小值出现在斜腹杆处，最小值为0.1127Mpa，下弦杆所承受的应力在上弦杆与腹杆之间。

当支座形式为固定支座时，应力最大值出现在仍出现在上弦杆处，其应力最大值与简支梁相差不大，为62.2Mpa，而应力最小值则出现在下弦杆与斜腹杆的焊接节点上，最小值为0.012Mpa，说明固定支座在一定程度上使得下弦杆所受到的应力变小了，斜腹杆所受应力任然较小。

3 不同支座的桁架变形影响分析

根据图2可以看出，支座形式的不同对桁架结构的变形产生了较大的影响。由于支座形式以及约束形式分布对称，因此两种支座形式下的变形是对称分布的。在两种不同的结构形式下，其位移最小值均出现在桁架结构的左端点处，由于支点约束均未出现位移，简支支座的位移最大值出现在下弦杆处，位移值为2.38cm，固定支座的位移值出现在下弦杆与斜腹杆的焊接点处，位移值为1.61cm，整体上看，简支支座的斜腹杆变形较大，而上弦杆变形较小，而固定支座的斜腹杆变形较小而上弦杆变形较大。

4 结语

通过对不同支座形式的桁架结构的应力变形的比较分析，可以发现当支座形式为简支支座的时候，桁架结构应力极值与固定支座的应力极值相差不多，但是下弦杆承受的应力要远大于固定支座时；而桁架结构在简支支座时的位移极值也远大于在固定支座的时候。因此当桁架结构采用固定支座时，会具有较大的承载能力。

参考文献

第2篇：桁架结构范文

关键词:大跨度;钢管桁架结构;屋盖结构;探析

前言

空间钢管桁架结构体系是大跨空间结构中的一个重要成员。郑州大学新校区 体育 馆由三组环向桁架、三组径向桁架和三组撑杆为主要构件组成,外环、外部径向桁架与中环构成结构的主要受力骨架,通过封闭外环的设计,使其形成一个受拉的环箍,限制了外部径向桁架滑动支座端的径向位移,从而减小了整个结构的竖向挠度,在此满足规范要求的同时,使结构用钢量达到最佳 经济 指标。该屋盖平面的水平投影为轴对称的花瓣形,在半径约7m和15m及处设置三道封闭的环桁架,沿径向设置24道空间桁架,并以环桁架为分界沿圆周方向错开布置,径向桁架被划分为外、中、内三部分。整个结构外观简洁,轻逸,受力合理,传力直观,整体性能好。对它进行探索有助于了解结构性能,指导设计施工,并为类似结构的应用提供依据。

1. 管桁架结构概述

近年来,钢管结构不仅在海洋工程、桥梁工程中得到了广泛应用,而且在 工业 及民用建筑中的应用日益广泛,钢管结构在我国建筑结构中的应用也越来越多,如宝钢三期工程中采用方管桁架,吉林滑冰练习馆、哈尔滨冰雪展览馆、上海“东方明珠”电视塔和长春南岭万人体育馆均采用方钢管作为主要结构构件,广州体育馆屋盖采用了方钢管和圆钢管,上海虹口体育场采用圆钢管作为屋面承力体系,成都双流机场屋盖采用了圆钢管作为主要受力构件。在公共建筑领域,钢管结构中独特的结构形式层出不穷,如悉尼水上运动中心,美国迦登格罗芙水晶教堂;单层大空间建筑领域,除了在超级市场、货栈和仓库中继续广泛应用外,还出现了一些超大型结构,如新加坡章楦机场机库,大阪国际机场候机厅;另外还有轻型大跨结构,如人行天桥和起重机结构;其他特殊用途的结构,如天线桅杆和航天发射架等。2001年建成的建筑面积7250的北京植物园展览温室是国内首次采用相贯节点的曲线钢管桁架结构。钢结构用材为16Mn,钢管最大规格为299mmx12mm,钢结构总吨位720t。上海体育馆的膜结构屋盖主要由钢管相贯而成的32榀桁架、环梁组成,呈南北对称的马鞍形状,最大跨度288.4m,标高31.74-70.54m,主桁架最大钢管直径508mm,采用直接焊接K型节点。最长的悬挑梁74.162m,材料采用英钢50D。南京国际展览中心的二层展厅是一个长243m、宽75m的无柱大空间,屋面呈弧形,南北两端主入口各有15m悬挑,西侧又有14m悬挑。采用的是钢管拱架、檩架的结构方案。

2. 钢管桁架结构的形式及特点

2.1 管桁架的分类:根据受力特性和杆件布置不同,可分为平面管桁结构和空间管桁结构。平面管桁结构的上弦、下弦和腹杆都在同一平面内,结构平面外刚度较差,一般需要通过侧向支撑保证结构的侧向稳定。在现有管桁结构的工程中,多采用Warren桁架和Pratt桁架形式,Warren桁架一般是最经济的布置,与Pratt桁架相比Warren桁架只有它一半数量的腹杆与节点,且腹杆下料长度统一,这样可极大地节约材料与加工工时。Vierendeel桁架主要应用于建筑功能或使用功能不容许布置支撑斜杆时的情况。

2.2 连接件的截面形式常用的杆件截面形式为圆形、矩形、方形等,按连接构件的不同截面可分为以下几种桁架形式:

C-C型桁架:即弦杆和腹杆均为圆管相贯的桁架结构;

R-R型桁架:即弦杆和腹杆均为方钢管或矩形管相贯的桁架结构;

R-C型桁架:即矩形截面弦杆与圆形截面腹杆直接相贯焊接的桁架结构。

2.3 桁架的外形

从桁架外形(即从弦杆类型来分)方面可分为:直线型与曲线型管桁结构。随着社会对美学要求的不断提高,为了满足空间造型的多样性,管桁结构多做成各种曲线形状,丰富结构的立体效果。当设计曲线型管桁结构时,有时为了降低加工成本,杆件仍然加工成直杆,由折线近似代替曲线。如果要求较高,可以采用弯管机将钢管弯成曲管,这样建筑效果更好。

2.4 管桁架的优点

钢管结构因其具有优美的外观、合理的受力特点以及优越的经济性,在 现代 工业厂房、仓库、体育馆、展览馆、会场、航站楼、车站及办公楼、商住楼、宾馆等建筑中得到了广泛的应用,如上海体育场、上海科技城、首都机场新航站楼、广州新白云及长航站楼、广州国际会展中心、上海新国际博览中心、南京国际会展中心、南京奥林匹克体育场、江苏省南通市体育会展中心等大型工程中均采用了钢管结构。工程实际表明,钢管结构既可以很好地满足建筑要求,又能够使结构达到安全、适用、经济等性能指标,符合钢结构的最新设计观念。

钢管截面具有一系列独特的优越性能,主要有以下几个方面:

①圆管和方管的管壁一般较薄,截面回转半径较大,故抗压和抗扭性能好。对称截面形式使得截面惯性矩对各轴相同,有利于单一杆件的稳定设计。截面的闭合提高了抗扭刚度,对板件局部稳定性而言,闭合截面也优于有悬挑板件的开口截面。在许多场合下,建筑师也愿意利用钢管外观简洁的特点表达其建筑意图。

②在截面积相同的型钢中,钢管外表面积最小,这就使得钢管与大气的接触面积最小,加之钢管往往会两端封闭,内部不会生锈,这就大大减少了防腐防火涂层的材料消耗和涂装工作量。而且钢管结构较易于清刷、油漆,故维护更为方便。

③钢管截面的流体动力特性好。承受风力或水流等荷载作用时,荷载对钢管结构的作用效应比其它截面形式结构的效应要低得多。

④钢管加工便利。随着多维数控切割技术的 发展 ,钢管的相贯线切割已经不再是难题,国内许多钢结构加工厂家已经掌握了这项技术。

结语:利用空间钢管桁架作为屋盖结构具有很多优点,不仅满足了本 体育 馆大跨度的要求,而且作为一种结构体系,它符合了大跨空间结构的发展需要,营造了美学与力学的完美结合的设计理念。此类结构形式得到了广泛的工程实践应用,具有强劲的发展势头。

参考文献

第3篇：桁架结构范文

关键词：混合钢结构；管桁架；索网；初始态；找形；有限元；SAP 2000；3D3S

中图分类号：TU311.4；TP319；TB115文献标志码：A

Computation and analysis on hybrid steel structure of tubular truss-cable net

LUO Xiaoqun, WANG Zhongquan, ZHANG Qilin

(College of Civil Eng., Tongji Univ., Shanghai 200092, China)

Abstract：To implement the form-finding better for hybrid structure of tubular truss-cable net, two different methods of initial status form-finding analysis are used in software SAP 2000 and 3D3S to compare the effect on the results. The nonlinear finite element method is used in SAP 2000, and a method mixed with force density method and finite element method is used in 3D3S. The initial status, load and dynamics analysis are carried out. The results of the two methods are compared which show that both methods have little error and are all feasible simplified computing methods.

Key words：hybrid steel structure; tubular truss; cable net; initial status; form-finding; finite element; SAP 2000; 3D3S

0引言

索网结构和管桁架结构在建筑结构工程中被广泛应用.前者是典型的柔性结构，通常由径向和纬向的张拉索构件编织成连续的网状结构，其形状与索构件中的预张力密切相关，索内复杂的预张力关系决定并维持索网稳定的构型.相比较而言，空间管桁架结构刚性较大，可以作为索网结构边缘支承，承担索网结构端部拉力.

索网结构设计的1个关键步骤是找形，即找到1个合理的索网构型以及与该构型相匹配的预张力状态.找形的结果由索网结构的控制边界形状以及索的预张力水平确定.对于相同的索网拓扑形状，不同的预张力水平将导致不同的预张力构型，并导致支承管桁架结构中不同的初始预张力分布.

索网结构的找形方法很多，比如力密度法[1]、动力松弛法[2]和有限单元法[3].本文采用SAP 2000和3D3S两套通用分析软件，完成管桁架―索网结构的找形、动力分析和载荷态分析，比较两套软件分析结果的异同.

1分析的基本原理

1.13D3S软件的找形原理

对于管桁架―索网结构，3D3S软件采用力密度法与索梁体系近似协调有限元方法完成结构的找形.首先，将支承的管桁架结构作为边界，对索网结构进行力密度找形.

图1所示为节点k连接Mk根索构件，对该节点建立平衡方程[4，5]∑Mkj=1xkX1-xk′X1Ljj=

将索网结构中所有内节点按式（1）组装，得到力密度矩阵方程[P(qj)]N×N｛X｝N=｛B(qj)｝N(2)式中：X表示未知索网结构内节点坐标向量；B为由力密度qj确定的系数矩阵，P是由边界节点坐标和连接在支承结构的索构件力密度确定的N×N阶的矩阵.

完成索网结构找形后，可以针对管桁架结构完成索梁体系的近似位移协调原则找形[6].根据近似位移协调原则直接在给定的初始状态几何上，将索网结构对支承结构的支座反力反向施加给管桁架结构，由此得到的结构内力分布就是管桁架结构的自平衡预应力分布.该过程可以采用线性有限单元法很方便地实现.按近似位移协调原则求出的预应力分布在给定的初始状态几何位置上是严格平衡的，这种平衡建立在零状态和初状态几何差异为零的基础上.

1.2SAP 2000软件的找形原理

SAP 2000是通用有限元分析软件，需要采用合适的模拟方法将管桁架―索网结构作为一个整体进行找形分析.

由于索网结构的柔性，一般的有限元分析将索节点考虑为机构，因此导致计算失败.在SAP 2000中，可以用修正截面属性的框架单元模拟索，将框架单元绕2轴和绕3轴的惯性矩设为极小值，使得单元的抗弯刚度极小[7].

SAP 2000软件的非线性分析包括材料非线性、几何非线性、边界条件和限制等.对于管桁架―索网结构的找形分析，需要用到几何非线性的P-Δ和大变形分析[8，9].

2工程分析

如图2所示的钢结构由1个空间曲线桁架拱连接的两片风帆状的双向交叉网格管桁架结构组成.两片双曲单层索网结构连接在拱及网格桁架的边缘构件上.图2（a）表示结构轴测图，图2（b）显示桁架拱、风帆管桁架边缘构件以及索网结构.结构的总高

2.1初始态分析

设计预拉力：横向索80 kN，纵向索160 kN.

SAP 2000软件通过给索施加初应变来模拟预张力.由于钢结构壳体与索网共同作用，各索段的预拉力并不均匀，通过调整初应变值，使同一走向的所有索段初始预拉力的平均值等于设计预拉力.

3D3S软件采用力密度法对索网体系找形，并将索网对帆体钢结构的作用反向施加到钢结构上，对帆体钢结构进行索梁体系初始态找形.

从初始态找形的管桁架―索网构型来比较(见图3和4)，SAP 2000和3D3S二软件计算位移变形规律相同.

从初始态找形的管桁架―索网构型比较预张力分布，采用SAP 2000软件找形，初始态索力分布基本均匀，如图5（a）所示纬向最小索力45.4 kN，径向最大索力266.4 kN.3D3S采用力密度法完成索网结构找形，可以保证索网内初始索拉力分布比较均匀，如图5（b）所示模型纬向最小索力77.9 kN，径向最大索力163.8 kN.

SAP 2000采用通用有限元非线性迭代模拟找形过程，3D3S采用经典的力密度法完成找形过程.二者的计算结果均符合结构本身的结构特征和规律.3D3S的找形方法更能保证索网内的索力及预张力的分布均匀，因而从模型预张力分布及形状控制上均优于SAP 2000.

2.2动力分析

2.3结构载荷态分析

结构载荷态分析考虑管桁架恒载0.8 kN/m2，索网玻璃幕墙恒载0.6 kN/m2，活载0.5 kN/m2.载荷效应组合为1.2恒载+1.4活载.在初始态分析结果基础上，采用非线性有限元完成分析.

图7显示SAP 2000和3D3S软件计算的位移云图.表3为SAP 2000和3D3S软件计算的控制点位移比较，位移相符；表4为二软件的索力极值，考虑初始态的差异，在载荷态中承担的索力大致相同.

3结论

采用不同的软件，选取不同的找形方法对管桁架―索网结构进行初始态找形，并分析结构的动力特性和载荷态受力分析.由于两种方法与施工实际符合程度的不同，初始态找形的结果稍有差异，并影响到其后的结构内力数值大小；从结构的特性分析，两种软件的分析结果是可行有效的.

参考文献：

[1]SHECK H J, The force density method for form-finding and computation of general networks[J]. Computer Methods in Applied Mechanics & Eng, 1974(3): 135-149.

[2]BARNES M R. Form-finding and analysis of tension structures by dynamic relaxation[J]. International J Space Structures, 1999, 14(2): 89-104.

[3]BLETZINGER K U, RAMM E. A general finite element approach to the form-finding of tensile structures by the updated reference strategy[J]. International J Space Structures, 1999, 14(2): 131-145.

[4]ESTRADA G G, BUNGARTZ H J, MOHRDIECK C. Numerical form-finding of tensegrity structures[J]. International J Solids & Structures, 2006, 43(22-23): 6 855-6 868.

[5]MOLLAERT M. The form-finding of mixed structures[C] // NOOSHIN H. Third International Conference on Space Structures. London: Routledge, 1990.

[6]张其林. 索和膜结构[M]. 上海: 同济大学出版社, 2002.

[7]中国建筑标准设计研究院. SAP 2000中文版使用指南[K]. 北京: 人民交通出版社, 2006.

[8]WILSON E L. 结构静力与动力分析[M]. 北京金土木软件技术有限公司，中国建筑标准设计研究院，译. 北京: 中国建筑工业出版社, 2006.

第4篇：桁架结构范文

近年来，大跨度结构不仅在体育建筑中得到了广泛应用，而且在各种商用建筑(如超级市场、货栈和仓库)中的应用日益广泛，大跨度结构在我国建筑结构中的应用也越来越多，如我局在武昌火车站改扩建工程中总长度为245・8m西站房，在苏州火车站无站台柱雨棚屋面及主站房和高架候车室屋面均采用了纵横钢桁架结构体系，除了在这些领域继续广泛应用外，还出现了一些超大型结构，如新加坡章楦机场机库，大阪国际机场候机厅；另外还有轻型大跨结构，如人行天桥和起重机结构；其他特殊用途的结构，如天线桅杆和航天发射架等。在这些工程中，平面桁架系网架能够展示其结构的优美造型，流畅的线条，更易于实现设计师对建筑艺术的追求，得到了人们的青睐。但在施工过程中往往由于结构跨度大，导致施工难度大，因此对方案的设计及施工要求也越来越高。现对一些施工中的方法作如下浅述：

2施工方法的选择

大跨度空间结构的施工安装基本上两大类，即高空拼装和地面拼装后起吊。高空拼装即解决如何在高空有效施工的问题，而后一种则强调应采用的机具和工艺。

传统大跨度结构的施工方法一般有：高空散装法、分条或分块安装法、高空滑移法、整体吊装法、整体提升法、整体顶升法等。而现代大跨度结构因为体型复杂，且大量使用新材料、新技术，传统安装方法往往不能顺利完成任务，有时甚至无法完成任务。通过大量的工程实践，国内外涌现出许多具有创新性的施工技术，如高空曲线滑移技术、网壳结构折叠展开式整体提升技术、滑架法施工技术等。现代大跨度结构的安装方法往往是几种基本方法的巧妙组合或者再创造。同时由于机械设备、计算理论和计算机技术的快速发展，为大跨度结构安装方法的创新提供了有力支持，使得大跨度安装的方式更趋于多元化。

3杆件的选择

3.1杆件材料选择：

桁架多采用的钢材为Q235和Q345，截面形式主要有圆管、单角钢、双角钢、H型钢、方管等。目前国内应用最广泛的是圆钢管和双角钢杆件。

3.2杆件截面要求：

（1）在施工时要对杆件的截面进行有效选择，圆钢不宜小于48mm×3mm，角钢不宜小于L45mm×3mm或L56mm×36mm×3mm，

（2）在选择截面时，应避免最大截面弦杆与最小截面腹杆同交于一个节点

（3）桁架结构所选截面规格不宜太多，以方便加工与安装

（4）杆件宜选用壁厚较薄的截面，以便获得较大的回转半径，有利于压杆稳定

（5）选用市场常供的钢型号

（6）考虑杆件材料负公差的影响，宜留有适当余地

4 节点的设计与构造

4.1节点设计的要求：

安全可靠，传力明确简洁；构造简单，制作方便，安装方便；用钢量少，造价低；构造合理，使各节点的受力状态符合设计计算假定，以免产生附加的偏心力矩。

4.2节点的连接形式：

（1）一是螺栓连接：即在屋面梁上翼缘或支座上直接开圆孔，桁架端部连接板上椭圆孔，一般采用M16的普通螺栓连接；二是焊接连接：即桁架端部连接板直接坐落在屋面梁上翼缘或支座上，采用人工现场焊接，采用四面围焊，焊缝高度一般为8mm。

（2）焊接连接：

结构构件对接焊缝按要求，为全熔透焊缝，应达到2级焊缝要求。现场焊接采用手工电弧焊，焊工持证并具有多年检验，现场要对焊工进行针对性培训、交底，焊机、焊条烘箱、砂轮磨光机、碳弧气刨要配备充足。

焊接前：应烘焙焊条，并将坡口内，外壁15―20mm范围内仔细清理。除去油、锈、污物，检查坡口角度、钝边、间隙是否符合，该桁架采用腹杆与弦杆直接焊接的相贯节点，弦杆截面贯通，腹杆焊接于弦杆之上，主管与支管连接呈T、Y、K等相贯节点形式，支管端为马鞍形曲线，该曲线及坡口在厂内由数控多轴自动马鞍形曲线管子切割机一次完成。

焊接时，摆动幅度要小，并根据工艺评定文件要求，进行多道、多层焊接，严格清除焊道与焊层的焊渣、夹渣、氧化物。

同一条焊缝应连续施焊一次完成，不能一次完成的，应预热后再施焊。焊接时，采用对称焊接，变形大的部位先焊，焊接顺序不能集中，在节点间间隔跳开焊接。每个节点采用对称分布施焊，严格控制层间温度。平衡热量减少变形，如桁架三个拼接点，由中间向两端施焊，先同时施焊至弦杆，再焊接杆、斜杆，将结构焊接变形及焊后残余应力降至最低。

设计要求的二级焊缝和相贯节点全熔透焊缝，进行超声波探伤检验，对不符合要求的，根据缺陷的位置、深度，用砂轮打磨或碳弧气刨清除缺陷，有裂纹时，先在裂纹两端钻裂孔，并清除裂纹两端各50mm长的母材。焊接修补的预热温度比同条件焊接预热高25°―50°C，返修焊接部位要一次完成。同一部位，焊补不超过2次。返工后应再次进行探伤试验，确认合格。

（3）螺栓连接：

永久螺栓的螺栓头和螺母的下面应放置平垫圈，螺母下的垫圈不宜多余2个，螺栓头下的垫圈不宜少于1个；螺栓头与螺母应与结构构件的表面及垫圈密贴；对于倾斜面的螺栓连接，应采用斜垫片垫平，使螺母和螺栓的头部支承面垂直与螺杆，避免紧固螺栓时螺杆收到弯曲力；永久螺栓与锚固螺栓应根据施工图纸中的设计规定，采用有放松装置的螺母或弹簧垫圈；使用的螺栓等级和材质应符合施工图纸的要求。

（4）螺栓球节点：

螺栓球连接由螺栓、钢球、螺钉（或销子）、套筒和锥头（或封板）等零件组成。它具有节点适应性强，标准化程度高，安装运输方便等特点。它有利于桁架的的标准化设计和工业化生产，提高了工作效率，还可以与多根杆件相连，节点没有偏心，受力良好。它的缺点就是构造复杂，机械加工量大。在工程中得到了广泛的应用。

5吊装构件

5.1整体提升：

对于大跨度的桁架结构，由于其构件大，重量大，在吊装时通常考虑的是双机抬吊法，在施工过程中，要对桁架两侧进行加固，否则可能会由于在转动就位时产生侧向的水平弯矩，因而导致构件的侧向失稳。如果采用单机跨中整体吊装法施工，由于应用了平衡梁，在该桁架中多处垂直受力，从而避免了桁架中产生水平应力的趋向，因此可以省去许多的加固措施。

5.2整体顶升

与整体提升不同顶升是将起重设备直接放在桁架的支座下面，起重设备一般采用大吨位的千斤顶。这种吊装方法通常适用于四点或六点支承桁架，在顶升过程中每根柱子都集中了很大的荷载，因此为了安全起见，施工的额定负荷能力需乘以折减系数。由于它可以把屋面板、檩条、吊顶以及通风、电气设备提前装好，因而也减少了很多施工费用，也得到了很多的应用。

6涂装施工及抗震设计：

6.1涂装规范：

为贯彻和执行国家安全生产的方针政策和法规，保障建筑涂装施工作业安全，防止施工作业事故发生，在涂装施工时必须遵守《中华人民共和国安全生产法》、《建设工程安全生产管理条例》、《建筑涂饰工程施工及验收规程》（JGJ/T29 - 2003）和《涂装作业安全规程 安全管理通则》（GB7691 - 2003）等有关法律法规，结合国家建设部的行业标准《建筑涂饰工程施工及验收规程》（JGJ/T29 - 2003）和国家标准《涂装作业安全规程 安全管理通则》（GB7691 - 2003）。

在完成结构的基本拼装后，对钢管上损坏的涂装层和焊接接头处，采用打磨机，除锈至st3级，再进行涂装防锈漆。涂装完成后，使用测厚仪检查，并目视手摸检查，颜色、外观（表面平整，无明显凹陷，粘结牢固，无粉化松散、乳突）要符合规范要求。

6.2抗震设计：

空间结构由于其自重轻、刚度好，所以受到的震害要小于其他类型的结构，但从其他国家和地区的经验来看，有几点是必须注意的：

（1） 要特别注意支承部分的设计和施工，相当多的地震是由于支座螺栓或地基的失效造成的

（2） 保持屋盖吊顶和悬吊物的抗震性，避免其塌落而影响整个桁架结构的使用。

第5篇：桁架结构范文

关键词：ANSYS；空间桁架结构；优化设计

中图分类号：U 652.7文献标识码：A文章编号：1673-0992（2011）1-0388-01

正文：

桁架结构中的桁架是指桁架梁，是格构化的一种梁式结构。空间桁架结构有着造价低、自重轻以及施工简单的优点，因此在航空航天、车辆、桥梁建设等各种工程领域都得到了广泛的应用。拓扑优化方法主要包括离散体的拓扑优化和连续体的拓扑优化两种重要的方法，当前空间桁架结构的拓扑优化方法主要采用离散体的拓扑优化方法，也就是说在已经存在的杆件的结构基础上确定杆件的存在与否。

一、ANSYS拓扑优化的建模研究

ANSYS软件是以有限元分析为基础的大型商用CAE软件，它是是结合热、流体、电磁于一体的大型通用有限元分析软件，能够为用户提供自动完成循环功能。ANSYS APDL编程语言简单，非常具有人性化，是机械机构优化的最优方案。ANSYS软件一般可以分为前处理模块、分析处理模块和后处理模块三个重要的方面，具有强大的实体建模、结构分析、网络划分以及后处理图形等基本功能。

ANSYS拓扑优化功能可以用于求的最优机构，从而能够获得最大刚性、最大自斟频率和最小体积，能够更大限度的满足桁架结构的优化。拓扑优化的基本原理是在满足结构体积减小量的条件下从而使得结构的柔度极小化。在这里，极小化的结构柔度实际就是要求机构的刚度最大化，优化过程是通过自动改变设计的变量，即单元伪密度（η）来实现的。在单元的伪密度中，η=0的材料为可以删除的部分，单元伪密码η=1的材料为保留的部分。

基于ANSYS的空间桁架结构的拓扑优化功能，模型中主要包括以下几种单元类型：二维平面单元PLANE2和PLANE82，可以用于平面应力或者抽对称问题；三位块单位SOLID92和SOLID95以及壳单元SHELL93.基于ANSYS的空间桁架结构的优化中，ANSYS程序只对单元类型编号等于1的单元网格进行拓扑优化，对于单元类型编号≥2的单元网格部分不进行拓扑优化，所以说，在ANSYS下划分模型网络的时候，必须确保拓扑优化区域的单元类型编号为1.ANSYS优化模型根据与其连接部分机构尺寸条件建立，臂架结构顶部采用钢板结构焊接的形式，我们可以把它确定为非优化的区域，板厚可以设置为二十毫米，优化区域是有3个空间三维连接体的结构构成。

二、基于APDL开发的拓扑优化程序

基于SIMP插值和优化准则发的变密度法拓扑优化程序在计算方法上采用了有线单元的方法，通过优化区域离散后每个单元对应的弹性模量左右优化变量，通过优化准则来不断调成机构中单元弹性模量，从而有效地改变结构总体刚度矩阵，最终达到了寻找满足约束条件的最优解的目的。基于APDL开发的变密度法拓扑优化程序充分利用ANSYS软件强大的前后处理功能，通过内嵌优化准则来实现结构优化。拓扑优化程序一般情况下有三个重要部分组成：优化模型的建立、优化计算以及优化结果的显示。

空间桁架结构优化模型的建立主要是借助于ANSYS强大的前处理功能。借此构建几何模型，采用精细网络对优化模型进行相应的离散，进而施加相应的载荷和边界条件，并可以通过对单元设定不同的属性来区分优化域和非优化域。通过ANSYS的前处理功能，基于变密度法的连续体机构拓扑优化中主要通过更改单元的弹性模量来世先优化变量对结构的影响，因而在优化模型建立的时候，需要对单元的弹性模量预期对应的优化变量之间建立相互对应的内在关系。其中，机构优化单元的弹性模量与优化变量之间是通过命令来实现的：*DO,i,1,n,1

MPDATA,EX,I,,(x(i，1) * * p* delte)

*ENDDO

在上边这个命令公式中，n指的是优化域中单元的数目，x(i，1)指的是第i个单元对应的优化变量，p指的是基于SIMP插值的惩罚因子，delte指的是弹性模量差值。

拓扑优化程序的第二个重要部分组成是结构优化计算。基于体积约束的机构应变能最小化的的连续体结构拓扑优化中，优化计算内容主要是单元灵敏度的计算、基于优化准则法的变量更新模式和为减少网络依赖性采用的单元灵敏度过滤的计算三方面。单元弹性模量修改后的应变能力可以通过ANSYS后处理的单元表来读取，最后并存放于数组energy中。基于APDL开发的拓扑优化程序的第三个组成部分就是结构的优化结果显示。对于优化结果的处理我们可以充分利用ANSYS后处理的强大功能，对密度较小的单位进行过滤。

三、基于ANSYS拓扑优化及结果

ANSYS程序提供了一个专门的拓扑函数VOLUME，它不仅可以作为目标函数，同时也可以作为约束条件。ANSYS程序提供了优化准则法和连续凸函数寻优法两种拓扑优化方法。优化准则法只能适用于以体积作为约束条件的问题，连续凸函数可以用于所有目标函数和约束问题的组合问题。ANSYS在进行拓扑优化的时候，没有能够考虑杆件的细长比例，所以说为了美观和满足杆的长细比例，可以在优化结果的调整时增加或者更改杆的位置。

同时，ANSYS在进行了多种工况加权求和的时候，加权关系可以用自己预定定义的数组，也可以取加权系数均为工况总数的倒数。在得到的拓扑优化结果的基础之上，桁架结构再利用APDL命令进一步提取和输出节点坐标，得出各个节杆的节距，能够实现在满足一定强度条件下杆的截面尺寸优化。

本文将先进的结构拓扑优化思想和成熟的有限元分析软件ANSYS有机结合起来，基于ANSYS中开发语言APDL编制结构拓扑优化程序，充分利用ANSYS的强大的处理能力，促进了ANSYS软件在空间桁架结构优化设计。在空间桁架结构的拓扑优化设计中，利用ANSYS软件的拓扑优化功能，实现了空间桁架的最优拓扑结构。通过ANSYS软件的饿拓扑优化分析，在满足强度条件的基础上，确定了空间桁架的节距，为空间桁架杆件的尺寸优化提出了最理想和最优化的设计。

参考文献：

[1]姜冬菊，张子明. 桁架结构拓扑和布局优化发展综述【J】.水利水电科技进展，2006年第26期

第6篇：桁架结构范文

[关键词]大跨度 巨型桁架 整体提升 提升平台设计 下吊点设置

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1 引言

集群千斤顶液压整体提升技术是近年来在我国施工行业逐步发展起来的新兴的大型构件整体安装技术，多采用“钢绞线悬挂承重、液压提升千斤顶集群、计算机控制同步”的方法。该技术已成功地应用到国内影响较大的代表性、标志性工程当中。由于该技术的巨大提升能力及优越性能，因而受到工程界的广泛关注，并被建设部列为重点推广的建筑业施工新技术。这种新颖的起重技术在长距离、大吨位提升方面的特点和优越性，是传统的卷扬机钢丝绳滑轮组起重技术不能比拟的。

2 工程概况

上海张江集电港综合展览中心地下1层，地上五层，建筑高度23.1米，为外框钢框架支撑+屋面大跨度巨型钢桁架结构，见图1。屋面大跨度巨型钢桁架主要包括南北方向3榀，分布在8轴、10轴、12轴，间距16.80m，桁架跨度58.8m，高度10.139m，上弦杆表面标高为23.139m。3榀大跨度巨型桁架支承在周边钢框架柱上（截面口1500x1500x40x40），支座为抗震球形钢支座。3榀巨型桁架及之间的连梁重1750t。

图1 结构剖面图

3 工程特点及难点

结合该工程大跨度、巨型桁架的特点，通过对各种施工方案对比分析，选用整体提升进行施工。施工难点主要包括以下几个方面：

① 通过对整个提升体的提升过程验算，周围钢框架结构存在超应力杆件需临时加固；② 大跨度屋盖结构为全焊接连接，杆件截面大，板件厚，焊接工作量大；③ 巨型桁架跨度58.8m，高10.643m，跨度大，高度高，安装难；④ 巨型桁架地面组装过程中应考虑预起拱，根据设计要求，桁架下弦起拱高度最大值40mm；⑤ 工程体量较大，施工工期非常紧，如何在合同工期保质保量的完成工程的施工，是本工程的重点之一；⑥桁架采用整体提升，同步控制是重点。

4 方案优点

整体提升目前已广泛适用于现代钢结构施工中，其优点有：①主要的拼装、焊接及油漆等工作在拼装胎架上进行，施工效率高，施工质量易于保证；②提升单元上的附属次结构件可在地面安装或带上，可最大限度地减少高空吊装工作量，缩短安装施工周期；③采用“液压同步提升施工技术”吊装屋面钢结构，技术成熟，有大量类似工程成功经验可供借鉴，吊装过程的安全性有保证；④液压提升设备设施体积、重量较小，机动能力强，倒运和安装方便；⑤提升上吊点等临时结构利用巨型桁架预装段和钢框架结构设置，加之液压同步提升动荷载极小的优点，可以使提升临时设施用量降至最小。

5整体提升施工工艺

5.1提升吊点设置

屋盖钢结构单元主要由3榀巨型桁架及连梁组成，桁架两端支承在框架柱GJZ07顶端。由于框架柱GJZ07与周围钢框架联系在一起形成稳定的受力体系，因此提升吊点利用框架柱GJZ07顶部桁架上弦杆先装段设置，见图2。提升吊点设置位置的后方用临时斜向拉杆与下一层框架立柱连接，起到平衡提升附加弯矩的作用，使得提升附加弯矩由整个钢框架共同承担。

图2 提升吊点布置

5.2、提升平台设计

提升平台的设置非常关键，直接影响到结构提升的质量和安全。本项目利用巨型桁架上弦杆先装段，对其两侧局部上翼缘加宽，并设置竖向加劲板，形成对称布置的两个提升临时牛腿为提升平台。上弦杆内部对应位置用钢板加固。液压提升器安装在临时牛腿上，提升专用钢绞线通过牛腿上翼缘开孔穿过，见图3。

5.3、提升下吊点设置

与上吊点提升平台的设计方法一样，在巨型桁架下弦杆靠近下翼缘的位置设置临时牛腿结构，与上吊点中心线对应。提升下吊点专用地锚结构安装在临时牛腿结构下表面。专用钢绞线连接在液压提升器和提升地锚之间，两端分别锚固，用于直接传递垂直提升反力。提升下吊点设置型式如图4所示：

图3 提升下吊点剖面图图4 提升平台剖面图

5.4 提升方案设计

本屋面大跨度桁架结构采用整体提升施工方案，提升高度19.03m，根据工况所需钢结构提升过程中做3次空中停留，具体步骤如下：

第一步：巨型桁架及之间结构在设计安装位置正下方、地下室底板胎架上散件拼装成整体提升单元；同时安装提升专用平台及在其上安装液压同步提升系统设备；

第二步：在与上吊点垂直对应的巨型桁架下弦杆上设置提升用下吊点，并对下吊点附近进行局部加固处理；并安装钢绞线将提升平台上的液压提升设备与对应下吊点连接。

第三步：液压提升系统预加载，整体提升屋面钢结构单元离开拼装胎架200mm高度，空中停留、观测约12小时；

第四步：在确保提升系统设备、临时设施（提升平台、下吊点及加固措施）及永久结构（框架结构、屋面提升单元）等安全的情况下，继续同步提升屋面钢结构单元见图5；

第五步：屋面桁架单元提升至设计标高附近，对其空中姿态进行微调，再进行巨型桁架各层弦杆对口、焊接；

第六步：安装巨型桁架两端斜腹杆后装段，使巨型桁架结构与两侧已安装巨型桁架分段形成整体稳定受力体系；

第七步：液压提升系统同步卸载作业，至钢绞线完全松弛，使屋面钢结构单元自身重量转移到巨型桁架两端支座上；

图5桁架提升过程中

5.5分级加载

通过试提升过程中对桁架结构、提升设施、提升设备系统的观察和监测，确认符合模拟工况计算和设计条件，保证提升过程的安全。初始提升时各吊点提升器伸缸压力应缓慢分级增加，最初加压为所需压力的40%， 60%，80%，90%，在一切都稳定的情况下，加到100%，即桁架试提升离开拼装胎架。在分级加载过程中，每一步分级加载完毕，暂停并检查上吊点平台（牛腿、斜拉杆）、下吊点等加载前后的变形情况，以及钢框架柱的稳定性等情况。待一切正常，继续下一步分级加载。

当分级加载至桁架即将离开拼装胎架时，可能存在各点不同时离地的情况，此时应降低提升速度，并密切观查各点离地情况，必要时做“单点动”提升，确保桁架离地平稳，各点同步。

6液压提升系统配置

液压同步提升承重系统主要由液压提升器、提升地锚和专用钢绞线组成。结合以往提升经验及桁架受力特性，在每榀桁架每端均设置2台提升器，见图6。本工程中，钢桁架模拟提升工况计算得出各吊点提升反力最大约为380吨，最小约310吨。据此配备12台YS-SJ-400规格的液压提升器，配置4台YS-PP-60型液压泵源系统，南北两面各2台。

图6 液压提升器

7计算机同步控制

为确保钢桁架结构及周围框架结构提升过程的安全，采用“吊点油压均衡，结构姿态调整，位移同步控制，分级卸载就位”的同步提升和卸载落位控制策略，具体操作如下：12个同步提升吊点处均设置一套位移同步传感器，计算机控制系统根据这12套传感器的位移检测信号及其差值，构成“传感器－计算机－泵源比例阀－液压提升器－钢桁架结构”闭环系统，控制整个提升过程的同步性。每一吊点处的液压提升器并联，使这些吊点以恒定的载荷力向上提升，保证桁架整个提升过程的同步性。

8 结论

1）本工程的整体提升充分利用了周围钢框架柱结构设置提升平台，安全可靠，并利于施工成本的控制；

2）对于提升下吊点等重要构件要进行有限元局部应力验算，保证传力合理，变形可控，为是否进行局部加固或扩大应力范围提供依据；

3）根据本工程构件大、跨度大的特点，采用集群千斤顶液压整体提升技术施工，安全、高效，比原定工期缩短20天，并确保了工程质量，同时为此类大跨度桁架屋盖结构的施工提供了一定的参考。

参考文献

第7篇：桁架结构范文

【关键词】高层建筑；桁架导轨式爬架；施工工艺应用

【 abstract 】 truss guide rail type climb frame referred to climb frame, improve the appearance of the scaffold high-rise building scaffold outside the construction technology level, it solved the console scaffolding cost is high, pick the scaffold and hang the scaffold can't lift, hanging basket to not to be used for construction project construction. This paper mainly discusses the application of it in the project.

【 key words 】 high-rise buildings; Truss guide rail type climb frame; Construction technology application

中图分类号：TU97文献标识码：A 文章编号：

引言

安全是建筑施工中人们长期关注的焦点，它不但关系到操作人员的生命安全，而且也是施工企业管理水平的体现。建筑外防护架在选择时不但要考虑到上述两个方面的影响，而且在经济上也应是切实可行的。本文以一个高层住宅建筑工程项目为实例，就此类项目的结构期间外架进行了认真的分析和研究，介绍爬架的升降原理，较为详细的介绍了爬架安装、拆除及施工工艺。某住宅楼地下2层，地上30层，总高90.9 m。该工程在进行充分论证后，决定采用桁架导轨式爬架作为工程的外防护架。

爬架是高层建筑外架工程的成套施工设备，它只需搭设一定高度（一般3至4层楼层高）便可满足施工要求。它在每个提升点（机位）处设置了足够强度和刚度的竖向主框架，在架体底部设置了底部承力桁架，以承受和传递竖向和水平荷载，确保了架体的整体性；它独创了导轨、导轮机构，有效地解决了防倾覆问题, 保证了架体升降平稳；独创的防坠落控制系统，不论何种原因产生动力失效时, 均能迅速将架体锁定在固定的防坠杆上。由于有三组悬梁同建筑结构（三层）之间有连接, 抗风载能力强。爬架主要由架体、导杆、撑脚、斜拉钢索及提升装置等组成。架体为框架结构，导杆安装于外墙面与架体之间撑脚的一端与架体相连，另一端支撑于架体下方的楼板梁外缘处，斜拉钢索连接在架体与楼板梁之间，多个外墙爬架互相排列在建筑物外周即可作为脚手架使用。该爬架不但安全稳定性好，提升操纵简单，施工效率高，特别体现了综合效果与利益上，与别的脚手架相比，具有明显的优势和降低施工本钱的效果。

1、桁架导轨式爬架简介

1.1爬升原理

在建筑结构四周分布爬升机构，附着装置安装于结构剪力墙或能承受荷载的梁上，架体利用导轨通过导轮攀附安装于附着装置外侧，提升葫芦固定安装于主框架之悬梁上随爬架一并升降，提升葫芦下挂钩钩于提升钢丝绳上并吃力预紧，提升钢丝绳的另一端通过固定在主框架上的绳轮固定在最低部附着悬梁上，这样，可以实现架体依靠导轮组沿导轨的上下相对运动，从而实现导轨式爬架的升降运动。

1.2性能指标（见表1.1）

1.3性能特点

同一附着点多层多点附墙；

具备防外倾及导向功能；

具备防止坠落装置；

具备竖向主框架及水平承力框架；

爬架一次性安装，操作简便，材料成本低。

2、桁架导轨式爬架安装

2.1安装流程

摆放提升机位底座、安装主框架Ⅰ搭接主框架Ⅱ、2-4步脚手架及张挂外排密目安全网安装第二悬梁、导轮及垂直拉筋随结构接高主框架3、搭设脚手架、铺设中间层或临时脚手板安装第三悬梁、导轮及垂直拉筋与建筑结构做临时架体拉接、张挂外排密目安全网铺设底层安全网及脚手板、制做翻板主框架、架体及单排架搭设至设计高度、铺设顶层脚手板、挡脚板张挂外排密目安全网至架顶安装提升钢丝绳摆放电控柜、分布电缆线、安装电动葫芦、接线、调试电器系统预紧电动葫芦、检查验收、同步提升一层安装全部完毕，进入提升循环

2.2爬架安装平台搭设

根据本工程具体情况：在1层开始搭设平台；平台由原防护架改造而成，如原防护架宽度不足，外侧搭设挑架。平台操作面分别位于2层顶板下返L=600mm。平台上铺设脚手板。（见图2.1）

图2.1爬架平台安装示意图

2.3提升机位摆放

将主框架I摆放于平台，应于建筑结构垂直，偏差±10mm；其立杆中心与预埋两孔中心偏差±10mm、其离墙距离偏差±20mm。

2.4竖向主框架安装

按照爬架立面设计高度和选用的主框架单元节进行组装，主框架单元节点连接方式均为法兰式。

2.5水平桁架安装

水平桁架构件包括中间框架、横杆、斜杆、立杆。中间框架为焊接刚性框架，横杆、斜杆为6.3#槽钢或48钢管杆件。水平桁架单元跨模数为0.9m、1.2m、1.5m、1.8m。（见图2.2）

图2.2水平桁架安装示意图

2.6附着支承结构的安装

2.6.1穿墙螺栓及悬梁

检测预埋孔位置正确后，安装穿墙螺栓。墙体内側安装垫板，预紧双螺母或梯形螺纹单螺母；墙体外侧安装悬梁，悬梁中心线与导轨及预埋孔中心线对齐，水平偏差≤50mm。悬梁和垫板必须贴实墙体后，方可拧紧穿墙螺栓、螺母。墙厚变薄三角螺纹穿墙螺栓螺纹长度不够时，在墙体内側一端加装垫板、套管。穿墙螺栓禁止漏装、虚装；后垫板垫实结构；螺母必须拧紧，禁止松动（三角螺纹螺母为双螺母）。

2.6.2斜拉钢丝绳的安装

非剪力墙部位时每根悬梁加一组斜拉钢丝绳（每机位三组），拉于悬梁的轴上，并用M24花篮螺栓拧紧。

2.6.3绳卡的安装

绳卡安装方向一致，U形螺栓压在短绳端，绳卡间距为120—150毫米。绳卡螺母应拧紧，钢丝绳第一次承力后必须再拧紧一次。

2.7导轮的安装

每套爬升机构共安装三个导轮，每个悬梁一个。

导轮安装要求：按实际情况利用腰形孔用二个直径20插销进行按装；禁止耷头、偏移、扭曲，水平偏差±5mm。

2.8提升上吊点的安装

每套爬升机构安装一套提升上吊点。提升上吊点安装于主框架悬梁上，受力轴线与主框架同合。

2.9附着构件安装

到位后调整附着构件与导轮位置最短将（上升时最上两组悬梁下降时最下两组悬梁位。

第8篇：桁架结构范文

关键词：竖向Push-ove，钢桁架，转换层

中图分类号：

Vertical Static Elasto-Plastic Analysis of a high-rise building containing a steel truss transfer floor

YE Xiaogang

.Ningbo Urban Construction Design and Research Institute,Ningbo 315012Abstract:Abstract:A FEA model was established for a large-span steel truss transfer floor. Through the Vertical Push-over analysis, the mechanical behavior of the steel truss transfer floor subject to vertical loading was disclosed. The load pattern of a simulated vertical load was investigated and compared with the model test results. It shows that the vertical load pattern of a steel truss can be imitated by the first-order vibration modes; the results of the Vertical Push-over analysis coincides with the model test..

Keywords: Vertical Push-over; transfer story structure;steel struss

中图分类号:F121.3文献标识码：A文章编号

1 前 言

Push-over分析方法是对结构施加能近似反映地震动对结构作用的单调增长的水平荷载，逐步进行弹塑性分析，直到结构达到目标位移或形成倒塌机制状态。迄今为止，有关Push-over分析方法的研究成果是求解结构在水平地震作用下的弹塑性反应，本文基于Push-over分析方法的基本思想，将其推广应用于带转换层结构的竖向弹塑性地震反应分析。为此，需要解决两个主要问题：（1）模拟竖向地震作用的荷载分布模式；（2）竖向Push-over分析方法与竖向静力试验一致性的比较。

2.1 模拟竖向地震作用的荷载分布模式

带转换层结构的竖向Push-over分析的关键在于选择一种合适的竖向力分布模式，以便使Push-over分析的结果能够最大限度地体现结构在实际地震作用下的内力和变形的分布。一般所选择的荷载模式要能够体现和包络设计地震作用下结构上惯性力的分布。当结构处于弹性反应阶段，地震惯性力的分布主要受地震频谱特性和结构动力特性的影响，而当结构进入非线性反应阶段以后，惯性力的分布形式还将随着非线性变形的程度和地震的时间过程而发生变化。已有的研究成果表明[1] [2]，对于受高阶振型影响较弱，而在不变荷载形式作用下可产生唯一屈服机制的结构，一般可以假定结构的地震力分布模式在地震反应过程中保持不变，分析得到的结构最大变形和预期的设计地震中的最大变形相差不大。对于带大跨钢桁架转换层的结构，通过前面的研究可以得出，其竖向地震反应以一阶振型为主，因而可以取竖向一阶振型作为模拟竖向地震荷载的分布模式。

2.2 构件塑性铰特性计算

塑性铰特性是用构件的恢复力模型来描述的。恢复力是结构或构件在外荷载除去后恢复原来形状的能力，恢复力特性曲线表明结构和构件在受扰产生变形时，企图恢复原来状态的抗力与变形的关系。为了简化计算，常将曲线形状的恢复力特性曲线用分段直线来代替。经过多年的试验和理论研究，国内、外学者已经提出了许多种恢复力计算模型。一般应用较广且计算较简便的有：（1）双线型（包括不退化双线型、退化双线型、Clough模型）；（2）三线型（包括武藤清模型、D-TRI模型）。D-TRI模型（Degrading Tri-Linear）考虑了刚度退化，能较好地描述钢筋（钢骨）混凝土构件受力全过程。

图1 D-TRI恢复力模型

某大楼A座，主要包括三种类型的构件，一种为处于三层的型钢混凝土转换梁，一种为处于十层转换钢桁架构件，一种为普通的钢筋混凝土构件。对于钢桁架构件，考虑到杆件长度比较大，杆件主要以承受拉压轴力为主，其承受弯矩可以忽略，因而一般采用轴力塑性铰（Axial P Hinge）表示钢桁架杆件的恢复力特性。恢复力骨架线控制点主要依赖于构件的单轴力学性能，因而根据钢材料本构关系和构件的截面属性很容易计算确定骨架线中各承载力参数。采用如图1所示的D-TRI恢复力模型计算混凝土构件和型钢混凝土梁的弹塑性受力性能，其具体计算方法见文献[3]。

3 方法验证

对钢桁架转换层结构进行Push-over分析，并将分析结果与竖向荷载试验得到的试验结果对比，以检验Push-over分析方法用于钢桁架转换层结构中的可行性。

4.1 试验模型介绍

竖向静力试验模型为一个1:7.5的缩尺模型，具有两榀钢桁架的转换层结构，模型中的梁、柱截面的具体构造见图2所示。

图 2 钢桁架转换层结构竖向荷载试验模型

4.2Push-over分析采用的计算模型

为保证Push-over计算模型和竖向静力试验模型的相似性，考虑以下几点：

（1）梁、柱单元均采用杆元模型，认为杆件竖向塑性变形全部集中于预先设定的“可能塑性铰”，其余部分只有弹性变形；

（2）在进行框架抗震设计时，必须遵循“强柱弱梁、更强节点”的设计原则，所以认为转换钢桁架及混凝土框架的节点不发生破坏；

（3）杆元的可能压弯、弯曲塑性铰均假定出现在距杆端0.05L和0.95L位置，轴压、剪切塑性铰假定出现在0.5L位置；

（4）竖向静力试验时，施加竖向荷载的装置会约束柱顶转动，所以计算模型需约束顶层框架柱柱顶的转动自由度；

（5）不考虑钢筋发生的粘结破坏和滑移；不考虑箍筋存在对截面延性的影响；

（6）考虑二次矩影响，即考虑“P-Δ”效应；

第9篇：桁架结构范文

关键词：管桁架；焊缝缺陷；质量管理

中图分类号：U671.84 文献标识码：A

1 工程概况

赤峰体育中心二期工程是2014年第十三届运动会的主场馆，屋面钢结构工程由场馆的钢桁架棚架以及体育馆顶的网架结构组成。建筑主体由一系列辐射式钢桁架围绕坐席区旋转而成，空间结构科学简洁，建筑和结构完整统一，设计新颖，结构独特，为国内外特有建筑。场馆设计宛如一条哈达飘落，高低起伏变化的外观缓和了建筑的体量感，并赋予了民族特点和具有震撼力的形体，桁架棚架围绕着体育场和体育馆，将两个场馆连在一起，由11个独立桁架区组成，84模块（一榀或两榀桁架为一个模块），每个区桁架坐落在标高约为6m的混凝土柱上（或顶板上），桁架为平面悬挑桁架。悬挑部分最长达到31m左右，悬挑榀桁架重量在3.3t～30.9 t之间。

2 本工程钢结构焊接特点

本工程主结构钢结构的焊接工作量大部分在工厂内完成，钢结构现场焊接主要为拼装焊接，连接方式全部采用焊接连接，所以在焊接上有三大特点：

（1）焊缝形式多：①钢管对接；②相贯线焊缝；

（2）焊接量大：桁架由11个独立桁架区组成，共84个模块，每个模块焊缝约 162条。

（3））焊接质量要求要高：构件拼接（接长）、直缝焊接钢管、支座节点、管桁架节点、坡口等强焊缝均为全熔透一级焊缝，超声波100%检测。

（4）因直接相贯节点焊缝是一条三维空间曲线，又因现场焊时所在位置的多样性，对于其焊缝的焊接，并不等同于普通构件的单一焊接方式，它是一种在同一焊缝上要同时经历平焊、立焊甚至仰焊和府焊的几种焊接方式组合的混合体，这无疑就对焊接操做者提出了更高的要求。

3 管桁架相贯线节点焊缝质量缺陷分析

一个焊接产品从备料到制造完成整个生产过程，要经过许多生产环节，只要有一个环节出问题，就可能出现各类缺陷，因而影响焊接质量，根据目前现场管桁架焊缝质量检查，桁架腹杆相贯线节点焊缝因其复杂性和特殊性，全过程只要稍稍控制不严，更容易产生焊接缺陷，相贯线节点焊接过程中常见的缺陷大致分为两大类，即外部缺陷和内部缺陷。外部缺陷是可用肉眼观察到或可用无损检测方法检测到的焊缝外部缺陷，包括焊缝形状、尺寸、焊接接头外部成型方面的缺陷。内部缺陷指焊缝和焊接接头内部的工艺缺陷。

3.1 外部缺陷的类型及特点

3.1.1 外形及尺寸不良缺陷

（1）由于本工程桁架采取工厂预拼装，散件运输、现场拼装、现场分段吊装的施工方案进行拼装，现场拼装的焊缝宽度大小在很大程度上影响焊缝的质量。

（2）缺少培训，无相贯线相应焊接经验。现场对八名全位置焊工进行现场模拟考试，发现有四名焊工的焊缝存在不同程度的缺陷，特别是在相贯线焊接部位。因直接相贯节点焊缝是一条三维空间曲线，又因现场焊时所在位置的多样性，八名焊工虽然经过培训，取得了合格证，但现场相贯线焊接的操作难度比培训时要大得多，真正符合实际条件的技能培训不够，这是影响实际焊接质量的重要原因。

（3）焊工起弧、收弧、填弧施焊方法不当。焊接过程中，由于不设置引弧板、收弧板，直接在母材上引弧和收弧，随意焊接，会造成电弧擦伤母材，在引弧或收弧周围产生弧坑、裂纹、未熔合、夹渣、气孔等缺陷，构件焊接完毕，引弧板和收弧板应采用气割切除或机械切割的方法除掉，割除后将边缘修磨平整，严禁用锤击掉。通过专家组对焊工焊接过程中的方法观察，5名专门焊工中有3名施焊手法及施焊方法不完全正确。

（4）未执行多层多道焊工艺。本工程的管壁厚在10mm-25mm之间，虽然不是厚管，但也应该执行多层多道焊，不能一次焊满，但通过检查现场不能很好的执行。

3.1.2 坡口缺陷。坡口缺陷主要是坡口的角度、间隙、钝边不符合要求及沿长度方向高度、宽度发生变化，以及坡口表面有深的切痕，龟裂或有熔渣、锈等污物，此类缺陷更容易发生在具有复杂相贯线的直接相贯节点焊缝中。

3.1.3 咬边。沿着焊缝与母材交界部位烧熔形成凹陷或沟槽的现象，称之为咬边。由于焊缝与母材交界处被熔去一定深度，而填充金属又未能及时补充，即形成咬边，焊接时电流过大且焊速高时，以及焊条角度不当时，都可能产生这种缺陷。

3.2 内部缺陷的类型及特点内部缺陷发生在焊缝内部和母材热影响区中，主要以未焊透、未熔合、夹渣、表面气孔等形式表现出来。

（1）未焊透。熔焊时，焊接接头根部未完全焊透的现象，称为未焊透。未焊透意味着焊接接头受力截面减少，严重影响焊接接头强度，而且，它是应力最容易集中的地方。在钢管相贯节点焊缝中，是不允许有未焊透缺陷存在的。这种缺陷无法用肉眼发现，一般要经X 光、超声波等探伤才能发现。形成未焊透的主要原因，是焊接电流太小，焊速过高或坡口角度太小，钝边太厚以及焊条直径过大等。

（2）未熔合。熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未能完全熔化的部分称为未熔合。熔池金属在电弧力作用下被排向尾部而形成沟槽，当电弧向前移动时，沟槽中又填以熔池金属，如果这时槽壁处的液态金属层已凝固，填入的熔池金属的热量又不能使之再次熔化，就形成未熔合。另外，当焊件坡口表面没有很好地清除氧化膜、油污等，或者焊接时该处流入熔渣，妨碍了金属间的熔合，或由于运条手法不当，电弧偏在坡口一边等，都会造成边缘未熔合。

（3）夹渣。焊接时，电流过小，焊速过快，致使焊缝金属冷却太快，夹渣来不及浮出；运条不正确，熔渣不易浮出，多层焊时前层焊缝的熔渣未清除干净等都能造成夹渣。

（4）表面气孔。表面气孔指的是焊接物的表面存在气孔。产生这种现象的主要原因是：第一，焊条或者焊剂潮湿；第二，在焊接物体中的金属与材料的坡口中残留的油、水、污渍没有处理干净。第三，在焊接中的电弧过长，熔池的面积过大；第四，在焊接中使用的焊接电流过大，而焊条本身所具有的保护作用被大大的削弱。

4 钢结构焊接的质量管理

针对本项目钢结构工程焊接质量的缺陷，根据现场实际情况，我们采取了如下措施，最终使管桁架焊缝的焊接质量得到了保证。

4.1 做好钢结构工程设计交底及图纸会审

钢结构设计交底及图纸会审时， 除施工图纸上出现的“错、漏、碰、缺”具体问题外， 根据钢结构有关标准规范的规定， 施工图中应明确以下内容： 1） 应明确设计使用年限、安全等级。2） 应明确规定结构件使用钢材和焊接材料的类型和焊缝质量等级， 有特殊要求时， 应标明无损探伤的类别和抽查的百分比。3） 应标明钢材和焊接材料的品种、性能及相应的国家现行标准， 并应对焊接方法、焊缝坡口形式和尺寸、焊后热处理要求等做出明确规定， 并标注工厂制作或厂地安装焊缝符号。

4.2 现场管理严把质量关

钢材、焊条等材料出厂质量证明书等资料必须齐全，坚持钢材、焊条在现场见证取样制度，对不符合设计质量要求的材料严禁使用。坚持检查焊工合格证及其施焊认可范围、有效期。对现场不按工艺要求施工的人员坚决给予辞退。

4.3 控制好出厂构配件成形质量，加强现场管桁架拼装质量

相贯节点因为支管的数量、角度、尺寸的不同使得各支管端部的相贯线成为形态各异的三维曲线，因而相贯线的加工要求高的切割精度和焊接技术。 加强构配件进场质量控制，对进场构配件应做认真检查，确保所有杆件均按施工图控制尺寸，采用正确的加工工艺和拼装方法，严格控制累计偏差值。拼装过程中相贯线各杆件的力线应汇交于节点中心，并完全处于自由状态，不允许有外力强制固定。组装构件控制基准、中心线应明确表示，并与平台基准线相一致，必须保证定对中心线、水平度、以及端面垂直度，拼装支承的平面应保证其水平度， 并应符合支承的强度要求，在安装桁架的组装全过程中，一般不得对构件进行修正、切割或捶击等，确保管桁架的现场拼装质量。

4.4 对焊工进行针对性的培训

直接相贯节点焊缝部位根据主管与支管的夹角不同，分为趾部区、侧部区、跟部区和过渡区。直接相贯节点焊缝可以采用全焊透对接焊缝及对接与角接组合焊缝；开坡口的部分焊透对接焊缝及对接与角接组合焊缝；也可全部采用角焊缝焊接，针对相贯线焊缝，项目部聘请专家对这部分内容给予讲课、现场指导。

4.5 加强技术交流，做好样板引路

选用技术高负责任的焊工做榜样，教学施工，聘请专家现场进行指导。要求施焊前做样板，样板验收合格后方可进行施工，加强班前交底及焊前检查，所有焊缝必须经焊工班长检查合格方可进行下到焊缝的施工。

4.6 加强标准意识，完善工艺

一个产品没有标准就没有质量可言。对于焊接工程而言，主要指的是焊接的材料使用标准、存放管理标准以及工艺标准等等。标准化的数据管理可以选拔优秀的人才，并且激励工人在生产施工中时刻以标准作为准则和依据。

5 结语

通过对赤峰体育中心二期工程的工程实例，对管桁架钢结构缺陷类型及防治措施有了初步的了解，但根据每个工程实际情况不同，可能有其它的缺陷类型，但总的来说，不管什么类型，它们总是在一定的内因或外因的条件下形成。内因是指选材不当、设计不当、制造不良等，外因主要指外界荷载、温度、气候等工作条件的变化以及操作工艺和操作过程的适当与否等。为免除或尽量减少焊接缺陷的产生，我们首先应在充分了解母材及所用焊条的材料性能的基础上，再根据现场情况进行正确匹配设计和工艺设计，严格按照国家有关规范、规程的要求进行焊接操作，以生产出优良的焊接产品。

参考文献