桁架梁稳定设计

论文摘要

桁架是指由杆件端部相互连接而组成的横向长度远大于竖向长度的格构式结构,管桁架即是采用了圆管杆件的桁架。随着我国钢铁产量的不断增长,钢管结构也取得较大的突破。钢管结构中的管桁架结构以它独特的优势受到人们的青睐,管桁架结构是在网架结构的基础上发展起来的,与网架结构相比具有其独特的优越性和实用性,同时结构的用钢量也比较经济。由三根弦杆组成的三角形截面空间钢管结构(桁架梁)。在实际使用中分为：①两根上弦杆和一根下弦杆组成的空间倒三角形截面桁架梁结构；②一根上弦杆和两根下弦杆组成的空间正三角形截面桁架梁结构,所有的杆件均用钢管组成空间桁架结构。对于实腹梁来说,在承受平面内压力的时候,目前已经有计算发生弯扭失稳的理论公式。三角形空间钢管桁架结构由于跨度较大,因此按照网架结构受力特点来看(当边长比大于1.5时,其受力变成单向受力)属于单向受力结构,在自身平面内具有较大刚度。由于桁架的上弦增大了宽度,相比平面刚架来说,桁架平面外的刚度和稳定性有一定的提高,改善了结构的弯扭性能,但三角形截面的倒正放置对弯扭侧向稳定性提高了多少就是本文的研究内容。根据这个问题,本文选用了两端简支的空间三角形截面钢管桁架梁,分倒三角截面放置和正三角截面放置作为研究对象,对其进行了以下几方面的研究：首先,从介绍空间桁架梁的发展历史入手,主要介绍了空间桁架梁的演变、受力机理和国内外最新的发展动态,提出本文研究的详细内容。然后,介绍了本文所涉及到的相关理论和方法,针对本文简化提出的假设条件,从理论上面得出有关计算方法。其次,利用有限元软件ANSYS 11.0对结构进行特征值屈曲分析,并根据有限元分析结果,推导出影响空间管桁架整体稳定性的主要因素以及变化趋势。最后,通过分析所得的数据,对实腹式简支梁的弹性稳定临界公式Mcr进行简化和拟合处理,得出工程中能够方便使用的简化计算公式

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 空间桁架结构的发展与应用
• 1.2 钢管桁架结构的形式及特点
• 1.3 管桁架结构当今发展状况
• 1.4 本文分析的内容范围
• 第二章 钢结构稳定理论
• 2.1 概述
• 2.2 稳定问题的类型
• 2.3 稳定问题的计算方法
• 2.3.1 平衡法
• 2.3.2 能量法
• 2.3.3 动力法
• 2.4 钢结构稳定设计遵循的原则
• 2.5 空间桁架稳定分析理论
• 2.5.1 稳定与强度的不同之处
• 2.5.2 理论分析采用的假定
• 2.5.3 桁架梁的整体弯扭屈曲计算及判别
• 2.5.4 受压单杆屈曲计算及判别
• 2.6 本章小结
• 第三章 空间桁架梁有限元分析
• 3.1 有限元方法原理
• 3.2 特征值（线弹性）屈曲分析
• 3.3 ANSYS软件的分析步骤
• 3.3.1 首先进入前处理单元
• 3.3.2 解出结构的弹性静力解
• 3.3.3 获得特征值屈曲解
• 3.3.4 计算结果的后处理
• 3.4 模型的基本假定[29]
• 3.5 单元类型的选取及介绍
• 3.6 计算模型的确定
• 3.6.1 模型尺寸之间的关系
• 3.6.2 倒三角形截面空间桁架梁模型尺寸的确定
• 3.6.3 正三角形截面空间桁架梁模型尺寸的确定
• 3.7 模型的网格划分
• 3.8 模型的命令流
• 3.8.1. 定义截面
• 3.8.2. 材料
• 3.8.3. 创建梁模型
• 3.8.4. 空间倒三角桁架梁模型的APDL命令
• 3.9 本章小结
• 第四章 空间管桁架梁的有限元分析
• 4.1 简述
• 4.2 各受压杆件欧拉临界力计算
• 4.3 上弦平面设置斜腹杆时的分析
• 4.3.1 算例
• 4.3.2 数据分析
• 4.4 上弦平面未设置斜腹杆时的分析
• 4.4.1 算例
• 4.4.2 数据分析
• 4.5 正三角形截面空间桁架梁上弦平面设置斜杆时的分析
• 4.5.1 算例
• 4.5.2 数据分析
• 4.6 下弦平面未设置斜腹杆时的分析
• 4.6.1 算例
• 4.6.2 数据分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 近似计算公式探讨
• 5.1 稳定临界公式的近似推导
• 5.1.1 等效简化
• 5.2 临界荷载公式的简化
• 5.3 计算拟合
• 5.3.1. 理论计算
• 5.3.2 数据比较
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 本文研究的结论
• 6.2 深入研究的方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录A. 分析所用的命令流介绍
• 附录B. 攻读硕士学位期间发表的论文及所做研究