在輸電塔設計中，次應力的計算是關(guān)鍵步驟之一。本文通過實際測量案例分析了次應力對桁架結(jié)構(gòu)的影響,。介紹了次應力的定義及其在不同工程領域的應用,。詳細闡述了如何進行桁架結(jié)構(gòu)的次應力測量，包括使用的儀器和方法,。通過具體案例，展示了次應力測量過程中遇到的挑戰(zhàn)和解決策略，以及測量結(jié)果對桁架設計的影響,。總結(jié)了次應力測量在輸電塔設計中的重要性,，并提出了對未來研究方向的建議,。
一、桁架次應力產(chǎn)生原因及不同結(jié)構(gòu)中的情況
- 節(jié)點剛性產(chǎn)生次應力
- 在桁架結(jié)構(gòu)中,，當節(jié)點為剛接點或彈性節(jié)點時（而非理想的鉸接點）,，就會產(chǎn)生次應力。例如在平面桁架結(jié)構(gòu)按理想桁架計算模型得到主應力,，但實際節(jié)點情況會導致次應力產(chǎn)生,，以國家標準圖集《梯形鋼屋架》97G511中的平面梯形鋼屋架為例，其節(jié)點剛性產(chǎn)生的次應力對結(jié)構(gòu)軸向力和撓度影響較小,，一般在工程允許誤差5%之內(nèi),，但次彎矩分布有規(guī)律，上、下弦各桿件彎矩值較大,，腹桿在靠近支座處彎矩值較大,，靠近跨中位置處腹桿彎矩值較小。
- 對于小跨度的角鋼桁架,，桿件主次應力比一般能保證在20%以內(nèi),，而大跨度角鋼桁架很多桿件主次應力比超過20%；采用較大剛度的H型鋼截面時,，桿件次正應力比絕大部分超過20%,。
- 在彈性階段，桿件次應力隨結(jié)構(gòu)荷載增加而增加,，當桿件達到屈服時,，桿件次應力迅速下降趨于零。
- 節(jié)點偏心產(chǎn)生次應力
- 在鋼桁架的節(jié)點連接時,，特別是管結(jié)構(gòu)連接時,，桿件軸線很難保證相交于同一點，節(jié)點偏心次應力就會產(chǎn)生,。在實際建模中,，一般假定偏心處應用剛臂來模擬。通過單元剛度矩陣推導得到考慮偏心與否的桿件桿端力和桿端位移關(guān)系,，考慮桿件端部剛域后桿端彎矩增量,、軸向力增量與桿件兩端轉(zhuǎn)動差和位移差成正比，與桿件的拉壓剛度成正比,，與桿端的偏心平方成正比,，但與桿件的抗彎剛度無關(guān)。
二,、次應力計算方法及相關(guān)結(jié)論
- ANSYS法
- 計算思路：這是一種有限元計算方法,。把結(jié)構(gòu)剖分為一系列離散單元，將具有無限多個自由度的連續(xù)體化為有限多個自由度的計算模型,。選擇表示單元內(nèi)位移隨位置變化的模式,，按函數(shù)插值理論將單元任意一點的位移通過函數(shù)關(guān)系用節(jié)點位移表示。從單個單元分析入手,，用變分原理建立單元方程,，再把所有單元集合起來與節(jié)點外荷載相聯(lián)系進行整體結(jié)構(gòu)分析，得到以節(jié)點為未知量的方程,，引入邊界條件求解方程得到位移,，最后根據(jù)幾何方程和物理方程求得應力和應變。
- 特點：計算實際桁架結(jié)構(gòu)次應力準確可靠,，但有時需要大量CPU處理時間,，對電腦要求較高,，對于大型和龐大結(jié)構(gòu)占用大量電腦內(nèi)存，對小型,、簡單模型有時比較煩瑣,，在某些條件下可能會失敗（程序不能生成有限元網(wǎng)格）,。
- 簡易算法
- 計算思路：將桿單元處理成梁單元,，通過計算理想桁架的節(jié)點位移，將桁架中的桿件視為兩端固定的梁計算實際桁架的桿端彎矩,，得到每個節(jié)點的不平衡力矩,，再用力矩分配法進行分配，從而得到各個單元的彎矩,，進而計算出桁架結(jié)構(gòu)中各桿的次應力,。此算法基于結(jié)構(gòu)力學中轉(zhuǎn)角位移方程的應用,，計算時忽略轉(zhuǎn)角（因為節(jié)點剛性影響有限,，轉(zhuǎn)角相對于節(jié)點位移是高階微量）。
- 特點：計算過程簡單,，更具有工程應用前景,。通過實例計算，ANSYS法和簡易算法計算結(jié)果的相對誤差最大值為0.029%,，兩種方法在計算實際桁架結(jié)構(gòu)次應力時都是有效的,，都滿足工程要求。
三,、不同桁架類型中的次應力影響
- 輸電塔桁架體系：輸電塔設計多采用桁架體系,，以往未考慮彎曲應力（即次應力）對輸電塔的影響，使設計偏于不安全,，因為輸電塔節(jié)點多采用插板或法蘭連接,，與理想的桁架模型相比差別很大，次應力的影響可能導致桿件應力超量,。
- 鋼桁梁橋：鋼桁梁設計中常將節(jié)點簡化為完全鉸接狀態(tài),，但實際節(jié)點具有一定約束能力，在桿端會產(chǎn)生一定的次應力,。例如京九鐵路贛江南橋懸挑公路面公鐵兩用的鉚接鋼桁梁橋,，通過建立有限元模型研究次應力，還有對1000kV特高壓輸電鋼管塔（SZ2U）真型試驗中,，對鋼管塔的主材次應力值及分布進行實際測量,，并通過有限元數(shù)值分析得出主材次應力的分布規(guī)律及影響因素等都是對鋼桁梁橋次應力影響的研究。
- 鋼管桁架及組合桁梁：通過建立有限元模型的方式對三種不同類型的鋼管桁架及組合桁梁的次應力水平進行有限元分析,，得出節(jié)點偏心和設置混凝土橋面板等因素對次應力的影響結(jié)論,。
桁架次應力對結(jié)構(gòu)性能的影響
次應力計算方法的適用范圍
輸電塔設計中次應力的考慮
鋼桁梁橋次應力的實際測量案例
