焊接平行弦鋼桁架的次應(yīng)力分析時(shí) 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)

1、焊接平行弦鋼桁架的次應(yīng)力分析（河北建工學(xué)院土木系）-張摘要:用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)試、計(jì)算了焊接平行弦鋼桁架因結(jié)點(diǎn)剛性而產(chǎn)生的次應(yīng)力，分析桁架次應(yīng)力的大小及其分布規(guī)律，初步探討產(chǎn)生次應(yīng)力的原因并提出了焊接平行弦鋼桁架考慮次應(yīng)力的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：桁架；鋼結(jié)構(gòu)；次應(yīng)力;正應(yīng)力。引言：平面桁架是建筑工程中常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)類型之一，桁架的受力情況比較復(fù)雜，為簡(jiǎn)化運(yùn)算，通常情況下用理想桁架模型進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)理想桁架模型關(guān)于理想鉸的假設(shè)與實(shí)際桁架的結(jié)點(diǎn)受力情況很不相同，實(shí)際桁架桿件不僅有軸力，還有彎矩和剪力，后者被稱為次內(nèi)力，由次內(nèi)力引起的應(yīng)力被稱為次應(yīng)力目前，國(guó)內(nèi)外各種版本的高校教材較少涉及桁架的次應(yīng)力問(wèn)題，比較普遍的觀

2、點(diǎn)是：焊接角鋼桁架次應(yīng)力較小，可以忽略不計(jì)；有的著述認(rèn)為，焊接槽鋼桁架高跨比(h/l)大于某值時(shí)需考慮次應(yīng)力，而角鋼不必考慮次應(yīng)力同時(shí)，由于實(shí)際桁架是高階超靜定結(jié)構(gòu)，無(wú)法進(jìn)行手算，因而工程實(shí)踐中至今仍按理想桁架設(shè)計(jì)但在計(jì)算機(jī)日益普及的今天，這一問(wèn)題有必要重新加以探討對(duì)于焊接鋼桁架來(lái)說(shuō)，因結(jié)點(diǎn)采用焊接工藝，同一結(jié)點(diǎn)間各桿不產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，其結(jié)點(diǎn)實(shí)際上是剛性節(jié)點(diǎn)，這與理想桁架鉸結(jié)點(diǎn)的假定完全不同為此，筆者將鉸結(jié)點(diǎn)假定改為：桁架結(jié)點(diǎn)為理想剛結(jié)點(diǎn)并設(shè)定一跨度為4m，高為0.866，上弦結(jié)點(diǎn)受單位荷載作用的對(duì)稱焊接平行弦角鋼桁架為研究對(duì)象，圖1為其計(jì)算簡(jiǎn)圖加載示意圖計(jì)算簡(jiǎn)圖單位荷載下邊腹桿受力大小示意圖應(yīng)

3、變片粘貼位置示意圖荷載（kn）1020406080100-28-45-90-121-161-201-31-58-93-135-172-218-22-46-89-137-183-227-11-25-60-98-141-177-40-70-116-157-188-237-25-39-68-100-135-160-43-75-119-160-190-239-38-61-98-124-150-176原始測(cè)量應(yīng)變數(shù)據(jù)表1 普通桁架正應(yīng)力計(jì)算表（+）2-29.5-51.5-91.5-128-166.5-209.5（+）2-16.5-35.5-74.5-117.5-162-202（+）2-31.5-50-8

4、3-112-142.5-168（+）2-41.5-72.5-117.5-158.5-189-238n1-25.9 -47.1 -86.8 -125.1 -165.3 -207.4 n2-28.7 -43.8 -73.5 -99.2 -129.7 -148.7 m1-3.6 -14.4 -14.7 -22.9 -23.2 -32.1 m2-5.5 -12.4 -19.0 -25.7 -25.7 -38.6 平均次應(yīng)力/mpa正應(yīng)力測(cè)試值/mpa正應(yīng)力理論值/mpa次正應(yīng)力比/%3.735.747.416510.9715.1014.827313.8030.0529.624619.904544.44

5、4420.0260.9759.233328.9575.3174.0538次正應(yīng)力關(guān)系圖正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)值與理論值關(guān)系圖l普通焊接平行弦桁架的內(nèi)力特點(diǎn)從表中可以看出，其截面配置與通常情況下鋼結(jié)構(gòu)所受荷載相符，這里暫且稱其為普通桁架，其內(nèi)力和應(yīng)力具有如下特點(diǎn)：a.理想桁架無(wú)彎矩，而彎矩存在于實(shí)際桁架的幾乎所有桿件中，包括支座處的腹桿。b由彎矩引起的次應(yīng)力與正應(yīng)力之比超過(guò)50%.c.隨著荷載增大，次正應(yīng)力比有所降低。d.正應(yīng)力理論值與實(shí)驗(yàn)值相差極小，通常在2%以內(nèi)。e.正應(yīng)力測(cè)試值同荷載大小成正比例關(guān)系。3 結(jié) 語(yǔ)由以上算例與分析，可知，焊接對(duì)桁架內(nèi)力分布有較大影響，如果按照鉸接理論設(shè)計(jì)桁架系統(tǒng)，存在一定安全隱患，次內(nèi)力占正應(yīng)力比值較大，容易出現(xiàn)桿件局部應(yīng)力首先屈服而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)喪失承載力。所以說(shuō)應(yīng)該引起設(shè)計(jì)人員的重視?，F(xiàn)對(duì)焊接平行弦角鋼桁架的設(shè)計(jì)提出如下建議：a軸力可按理想桁架計(jì)算； b支座附近腹桿其次正應(yīng)力之比大于50 ，參照國(guó)外有關(guān)規(guī)定 ，次應(yīng)力不能忽略不計(jì)c加強(qiáng)支座腹桿上述兩種桁架支座腹桿次應(yīng)力均較大截