超靜定桁架計(jì)算實(shí)例解析

那曲鋼結(jié)構(gòu)施工工程 2天前 ( 03-24 13:41 ) 986 搶沙發(fā)

**本文通過實(shí)例解析,，展示了超靜定桁架的計(jì)算方法,。以一個(gè)具體案例為基礎(chǔ),，介紹了如何運(yùn)用7-4力法和有限元分析軟件（如ANSYS）來計(jì)算超靜定桁架的內(nèi)力和變形,。根據(jù)基本體系建立力法方程,，然后利用有限元軟件進(jìn)行建模和加載求解,，最后通過后處理得到結(jié)構(gòu)的變形情況,。**

一,、超靜定桁架計(jì)算實(shí)例相關(guān)概念

超靜定桁架是指僅依據(jù)靜力平衡方程無法確定全部桿件內(nèi)力的桁架結(jié)構(gòu),，其計(jì)算需要綜合考慮結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)條件等,。

二、超靜定桁架計(jì)算實(shí)例步驟

分析類型確定
- 以某超靜定桁架受水平力F(N)作用（F大小是學(xué)號后七位,，這里假設(shè)均布力F = 7010004N）為例,，在ANSYS中計(jì)算時(shí)，首先要確定分析類型,。將其計(jì)算類型設(shè)置為Structural,。操作如下：Main Menu:Preferences… - Structural - OK。這一步明確了是對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,，是后續(xù)計(jì)算的基礎(chǔ)類型設(shè)定,。
單元選擇
- 由于該結(jié)構(gòu)是桿狀的，選擇單元類型為Link3Dfinitstn180。操作步驟為：Main Menu:Preprocessor - Element Type - Add/Edit/Delete - Add - Link 3D finit stn180 - Apply,。不同的單元類型適用于不同的結(jié)構(gòu)形式,，桿單元適合桁架結(jié)構(gòu)的建模分析。
定義材料參數(shù)
- 定義材料的彈性模量EX:2e11和泊松比PRXY:0.3,。操作：Main Menu:Preprocessor - Material Props - Material Models - Structural - Linear - Elastic - Isotropic - 彈性模量EX:2e11;泊松比PRXY:0.3 - OK,。材料參數(shù)的定義決定了桿件在受力時(shí)的變形等特性。
定義實(shí)常數(shù)
- 例如定義實(shí)常數(shù)AREA:0.0025,。操作：Main Menu:Preprocessor - Real Constants… - Add - Type 1 - AREA:0.0025 - OK - Close,。實(shí)常數(shù)與桿件的實(shí)際物理特性相關(guān)，如橫截面積等,，影響結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能計(jì)算,。
結(jié)構(gòu)模型建立
- 特征點(diǎn)生成
  - 自下而上生成4個(gè)特征點(diǎn)，坐標(biāo)分別為1(0,，0,，0) - Apply - 2(1，0,，0)- 3(1,，2，0)- 4(0,，2,，0)- OK。這些特征點(diǎn)是構(gòu)建桁架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)點(diǎn),，通過確定這些點(diǎn)的位置來確定桁架的基本形狀框架,。
- 線生成
  - 基于生成的特征點(diǎn)生成5條線，形成桁架的基本桿件框架,。
- 連接方式設(shè)置
  - 通過布爾Partition運(yùn)算,，使所有桿鉸鏈連接，保證桿件連接方式符合桁架的理想鉸結(jié)點(diǎn)假設(shè),。
- 桁架生成操作
  - 先用COPY命令生成一半桁架（如Main Menu:Preprocessor - Modeling - Copy - Lines - Pick all - OK - DY:2 - OK）,，再用Reflect命令生成完整桁架（Main Menu:Preprocessor - Modeling - Reflect - Lines - Pick all - OK -YZ對稱面 - OK），最后用Overlap命令粘合桁架中各桿（Main Menu:Preprocessor - Modeling - Operate - Booleans - Overlap - Lines - Pick all - OK）,，從而構(gòu)建出完整的桁架模型,。
網(wǎng)格劃分流程
- 操作步驟為：Main Menu:Preprocessor - Meshing - Mesh tool - Mesh:lines - Mesh - Pick All(in Picking Menu) - Close (the Mesh Tool window)。網(wǎng)格劃分是將桁架結(jié)構(gòu)離散化,，以便進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,。
設(shè)定求解參數(shù)
- 設(shè)定求解類型為Static，分析選項(xiàng)選擇Large Displacement并計(jì)算預(yù)應(yīng)力效果（Main Menu:Solution - Analysis Type - New analysis - Static -Sol’n Controls - Analysis Options - Large Displacement - Calculate prestress effect - OK）,。這些求解參數(shù)的設(shè)定關(guān)系到計(jì)算的準(zhǔn)確性和計(jì)算結(jié)果的類型,。
邊界條件及加載
- 邊界條件施加
  - 給模型最底層的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)施加X,、Y、Z方向的約束,。這模擬了桁架在實(shí)際支撐情況下的約束狀態(tài),。
- 載荷施加
  - 給左上角特征點(diǎn)施加X方向的載荷7010004（Main Menu:Solution - Define Loads - Apply - Structural - Force/Moment - On Keypoints - 拾取左上角特征點(diǎn) - OK - Lab:FX;VALUE :7010004 - OK），這是根據(jù)具體問題給定的外部載荷情況,。

三,、超靜定桁架計(jì)算的意義

超靜定桁架計(jì)算在工程實(shí)踐中有重要意義。例如在大型橋梁,、建筑結(jié)構(gòu)等的設(shè)計(jì)中,，超靜定桁架結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用。準(zhǔn)確的計(jì)算可以確保結(jié)構(gòu)在承受荷載時(shí)的安全性,，優(yōu)化桿件內(nèi)力分布以減少材料用量,，提高結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性等。同時(shí),，通過超靜定桁架的計(jì)算方法,，可以解決很多復(fù)雜結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析問題，為工程結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供理論支持,。