桁架計(jì)算中的次應(yīng)力影響分析（輸電塔設(shè)計(jì)中次應(yīng)力的實(shí)際測(cè)量案例）

鶴壁鋼結(jié)構(gòu)施工工程 4小時(shí)前 19:40:05 1 搶沙發(fā)

在輸電塔設(shè)計(jì)中,，次應(yīng)力的計(jì)算是關(guān)鍵步驟之一,。本文通過(guò)實(shí)際測(cè)量案例分析了次應(yīng)力對(duì)桁架結(jié)構(gòu)的影響,。介紹了次應(yīng)力的定義及其在不同工程領(lǐng)域的應(yīng)用,。詳細(xì)闡述了如何進(jìn)行桁架結(jié)構(gòu)的次應(yīng)力測(cè)量，包括使用的儀器和方法,。通過(guò)具體案例,，展示了次應(yīng)力測(cè)量過(guò)程中遇到的挑戰(zhàn)和解決策略,，以及測(cè)量結(jié)果對(duì)桁架設(shè)計(jì)的影響,?？偨Y(jié)了次應(yīng)力測(cè)量在輸電塔設(shè)計(jì)中的重要性，并提出了對(duì)未來(lái)研究方向的建議,。

一,、桁架次應(yīng)力產(chǎn)生原因及不同結(jié)構(gòu)中的情況

節(jié)點(diǎn)剛性產(chǎn)生次應(yīng)力
- 在桁架結(jié)構(gòu)中，當(dāng)節(jié)點(diǎn)為剛接點(diǎn)或彈性節(jié)點(diǎn)時(shí)（而非理想的鉸接點(diǎn)）,，就會(huì)產(chǎn)生次應(yīng)力,。例如在平面桁架結(jié)構(gòu)按理想桁架計(jì)算模型得到主應(yīng)力，但實(shí)際節(jié)點(diǎn)情況會(huì)導(dǎo)致次應(yīng)力產(chǎn)生,，以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集《梯形鋼屋架》97G511中的平面梯形鋼屋架為例,，其節(jié)點(diǎn)剛性產(chǎn)生的次應(yīng)力對(duì)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(duì)于小跨度的角鋼桁架,，桿件主次應(yīng)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(yīng)力比超過(guò)20%,；采用較大剛度的H型鋼截面時(shí),，桿件次正應(yīng)力比絕大部分超過(guò)20%。
- 在彈性階段,，桿件次應(yīng)力隨結(jié)構(gòu)荷載增加而增加,，當(dāng)桿件達(dá)到屈服時(shí)，桿件次應(yīng)力迅速下降趨于零。
節(jié)點(diǎn)偏心產(chǎn)生次應(yīng)力
- 在鋼桁架的節(jié)點(diǎn)連接時(shí),，特別是管結(jié)構(gòu)連接時(shí),，桿件軸線很難保證相交于同一點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)偏心次應(yīng)力就會(huì)產(chǎn)生,。在實(shí)際建模中,，一般假定偏心處應(yīng)用剛臂來(lái)模擬。通過(guò)單元?jiǎng)偠染仃囃茖?dǎo)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(dòng)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(wú)關(guān)。

二,、次應(yīng)力計(jì)算方法及相關(guān)結(jié)論

ANSYS法
- 計(jì)算思路：這是一種有限元計(jì)算方法,。把結(jié)構(gòu)剖分為一系列離散單元，將具有無(wú)限多個(gè)自由度的連續(xù)體化為有限多個(gè)自由度的計(jì)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(diǎn)的位移通過(guò)函數(shù)關(guān)系用節(jié)點(diǎn)位移表示。從單個(gè)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(lái)與節(jié)點(diǎn)外荷載相聯(lián)系進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)分析，得到以節(jié)點(diǎn)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(yīng)力和應(yīng)變。
- 特點(diǎn)：計(jì)算實(shí)際桁架結(jié)構(gòu)次應(yīng)力準(zhǔn)確可靠,，但有時(shí)需要大量CPU處理時(shí)間,，對(duì)電腦要求較高，對(duì)于大型和龐大結(jié)構(gòu)占用大量電腦內(nèi)存,，對(duì)小型,、簡(jiǎn)單模型有時(shí)比較煩瑣，在某些條件下可能會(huì)失?。ǔ绦虿荒苌捎邢拊W(wǎng)格）,。
簡(jiǎn)易算法
- 計(jì)算思路：將桿單元處理成梁?jiǎn)卧ㄟ^(guò)計(jì)算理想桁架的節(jié)點(diǎn)位移,，將桁架中的桿件視為兩端固定的梁計(jì)算實(shí)際桁架的桿端彎矩,，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的不平衡力矩，再用力矩分配法進(jìn)行分配,，從而得到各個(gè)單元的彎矩,，進(jìn)而計(jì)算出桁架結(jié)構(gòu)中各桿的次應(yīng)力,。此算法基于結(jié)構(gòu)力學(xué)中轉(zhuǎn)角位移方程的應(yīng)用，計(jì)算時(shí)忽略轉(zhuǎn)角（因?yàn)楣?jié)點(diǎn)剛性影響有限,，轉(zhuǎn)角相對(duì)于節(jié)點(diǎn)位移是高階微量）,。
- 特點(diǎn)：計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，更具有工程應(yīng)用前景,。通過(guò)實(shí)例計(jì)算,，ANSYS法和簡(jiǎn)易算法計(jì)算結(jié)果的相對(duì)誤差最大值為0.029%，兩種方法在計(jì)算實(shí)際桁架結(jié)構(gòu)次應(yīng)力時(shí)都是有效的,，都滿足工程要求,。

三、不同桁架類型中的次應(yīng)力影響

輸電塔桁架體系：輸電塔設(shè)計(jì)多采用桁架體系,，以往未考慮彎曲應(yīng)力（即次應(yīng)力）對(duì)輸電塔的影響,，使設(shè)計(jì)偏于不安全，因?yàn)檩旊娝?jié)點(diǎn)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(yīng)力的影響可能導(dǎo)致桿件應(yīng)力超量。
鋼桁梁橋：鋼桁梁設(shè)計(jì)中常將節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化為完全鉸接狀態(tài),，但實(shí)際節(jié)點(diǎn)具有一定約束能力,，在桿端會(huì)產(chǎn)生一定的次應(yīng)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(guò)建立有限元模型研究次應(yīng)力,，還有對(duì)1000kV特高壓輸電鋼管塔（SZ2U）真型試驗(yàn)中，對(duì)鋼管塔的主材次應(yīng)力值及分布進(jìn)行實(shí)際測(cè)量,，并通過(guò)有限元數(shù)值分析得出主材次應(yīng)力的分布規(guī)律及影響因素等都是對(duì)鋼桁梁橋次應(yīng)力影響的研究,。
鋼管桁架及組合桁梁：通過(guò)建立有限元模型的方式對(duì)三種不同類型的鋼管桁架及組合桁梁的次應(yīng)力水平進(jìn)行有限元分析，得出節(jié)點(diǎn)偏心和設(shè)置混凝土橋面板等因素對(duì)次應(yīng)力的影響結(jié)論,。