空間桁架
關(guān)注創(chuàng)建者：HBK聲學(xué)與振動 創(chuàng)建時間：2019-12-05
空間桁架的視頻教程
結(jié)構(gòu)彈性屈曲計算
空間桁架彈性屈曲計算，計算結(jié)果是整體穩(wěn)定系數(shù)，不包含分支穩(wěn)定性，如果包含必須用空間剛加計算，并且要對每個桿件劃分足夠精細(xì)單元。本例子只是介紹結(jié)構(gòu)屈曲計算步驟。 屈曲計算命令流： /solu antype,0 pstres,on solve finish /solu antype,1 bucopt,lanb mxpand solve
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STAAD結(jié)構(gòu)設(shè)計整體解決方案
STAAD.Pro 包含三個前處理模塊Analytical Modeling、 Physical Modeling 和Building Planner，分別對應(yīng)于分析模型、物理模型和建筑模型，并在此基礎(chǔ)上提供了四個專業(yè)設(shè)計模塊和一個自動出圖模塊，以及一些附加設(shè)計模塊，可應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋁結(jié)構(gòu)、冷彎薄壁結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計以及框架、排架、網(wǎng)架、塔架、空間桁架等各種結(jié)構(gòu)形式。
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空間桁架的實例教程
空間桁架結(jié)構(gòu)減振設(shè)計與試驗驗證
駱海濤1，富佳1，王鵬2，王巍2，陳寧2
摘要：
空間桁架結(jié)構(gòu)由于管壁剛度大、末端載荷懸臂安裝，傳統(tǒng)直接敷加約束阻尼層的方法，減振效果并不明顯。通過減振優(yōu)化技術(shù)，設(shè)計出空間桁架和航天載荷的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。
這是一種打斷長管結(jié)構(gòu)，在打斷后短管上敷加自由阻尼層，通過膠黏劑來進(jìn)行連接。這種結(jié)構(gòu)與直接在長管上敷加約束阻尼層的結(jié)構(gòu)相比，減振效果更好，質(zhì)量也更輕。采用B&K測試系統(tǒng)，對原始模型和打斷長管新模型進(jìn)行了振動試驗過程中的數(shù)據(jù)采集，得到了空間桁架結(jié)構(gòu)在X、Y、Z 3個方向上載荷測點的加速度響應(yīng)情況。
試驗結(jié)果表明，打斷長管方案結(jié)合敷加黏彈性約束阻尼層的方法結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)，能有效降低桁架末端航天載荷的振動水平，對其他空間結(jié)構(gòu)的減振設(shè)計具有重要的借鑒意義。
關(guān)鍵詞：振動與波；空間桁架結(jié)構(gòu)；黏彈性約束阻尼層；振動特性；加速度響應(yīng)；
中圖分類號：TB535+.1；V216.2
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-1355.2019.01.001
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展開 滄州體育場主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地上四層，屋蓋結(jié)構(gòu)為橢圓形空間鋼管桁架結(jié)構(gòu)體系。屋蓋的橢圓形結(jié)構(gòu)長軸長271米，短軸長231米。整個屋蓋結(jié)構(gòu)由20組環(huán)形桁架單元體沿橢圓形結(jié)構(gòu)布置而成。每組環(huán)形桁架通過斜撐支撐在看臺E軸的三層結(jié)構(gòu)柱上，底腳支座位于F軸一層結(jié)構(gòu)柱上。每組環(huán)形桁架單元體由2榀主桁架、2榀次桁架、2榀封邊桁架和系桿組成。每榀桁架均由空間三維曲線組成，截面呈倒三角形，最大截面高4.5米、寬3米。鋼桁架最高點中心標(biāo)高達(dá)42.1米。上、下弦桿主要截面為Φ273×8～Φ273×18，腹桿主要截面為Φ168×8、Φ219×12，材質(zhì)均為Q345B。屋蓋鋼結(jié)構(gòu)工程用鋼量約4000噸。
滄州體育場雙扭曲空間鋼管桁架屋面結(jié)構(gòu)工程
滄州體育場鋼結(jié)構(gòu)吊裝完成
結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，安裝難度大，需設(shè)置大量臨時支撐
主、次桁架弧長最長達(dá)65米，投影長度達(dá)48米，桁架頂標(biāo)高最高為42.1米，單榀最重達(dá)50噸，支點分別支撐于一層和三層結(jié)構(gòu)柱上，每榀桁架均為空間三維構(gòu)造，空間定位困難，且桁架吊裝到位后，需設(shè)置可靠的支撐。如何確保吊裝安全可靠且保質(zhì)保量地完成鋼結(jié)構(gòu)安裝是本工程最難、最重要的一點。
解決對策：使用大型的履帶吊車進(jìn)行吊裝，并將桁架進(jìn)行合理的分段，在分段點處設(shè)置支撐。桁架的支撐選用標(biāo)準(zhǔn)長度的Φ609×16圓管，圓管間使用Φ133×12鋼管作為系桿進(jìn)行拉結(jié)。根據(jù)支撐高度的不同，Φ609×16圓管作為主桁架的支撐時可組拼成兩種形式：一種為門式，設(shè)置在主桁架以及次桁架兩個分段之間，組成門式框架結(jié)構(gòu)；另一種為三角形，設(shè)置在主桁架與內(nèi)封邊桁架接口位置。由于門式支撐設(shè)置在看臺結(jié)構(gòu)上，為保證結(jié)構(gòu)安全，在門式支撐架下設(shè)置橫向轉(zhuǎn)換梁，并在下部混凝土梁使用碗扣腳手架進(jìn)行加固。
展開 空間大跨桁架結(jié)構(gòu)多尺度節(jié)點有限元分析
建筑設(shè)計草圖
建筑橫向剖面
航站樓長達(dá)1.7公里，在建筑設(shè)計概念上，它追求連續(xù)的空間感受，呈現(xiàn)流動的形態(tài)，剖面造型像一架滑翔機。整體建筑功能復(fù)雜但細(xì)節(jié)卻不失精致。
暴露在室內(nèi)的空間華倫桁架
由V形斜柱支撐，中間最大跨度達(dá)82.8米。
同時，它也是一項工程傳奇，在填海地基上建造的超大規(guī)模的機場，以及優(yōu)美的大跨度空間桁架屋蓋結(jié)構(gòu)。關(guān)西機場建成的第2年，經(jīng)受住了阪神大地震的考驗，幾乎沒有任何損壞。
航站樓由主樓和兩翼長廊組成，主樓平面尺寸318x153m，兩翼平面42x677m，全長1672米。國際航線到達(dá)廳在機場大樓1層，出發(fā)廳在4層，國內(nèi)航線到達(dá)出發(fā)廳均在2層。
1. 空間桁架
主樓橫向近160米，屋蓋共分為6跨。由V形斜柱或搖擺柱支承。空側(cè)長廊為鋼索加勁的單層結(jié)構(gòu)，其余5跨為空間桁架結(jié)構(gòu)。
剖面示意模型
俯視示意模型
空間華倫桁架，橫斷面為三角形，構(gòu)件在三個維方向布置，大大提高了桁架的整體穩(wěn)定性。主桁架共計18榀，間距14.4米，桁架之間布置次級鋼梁和支撐體系。
空間桁架和斜柱、梭形柱的傳力路徑
2. 斜柱
▼ 建筑中大量應(yīng)用了V形斜柱、搖擺柱、斜撐
▲ 施工現(xiàn)場：柱端直徑收小，采用高強螺栓連接
如今看到的精美柱腳節(jié)點好像只是外包裝飾板
3.長廊結(jié)構(gòu)
空側(cè)長廊結(jié)構(gòu)：屋蓋與立面呈連續(xù)的整體，鋼結(jié)構(gòu)為單層形式，一端支承在斜柱或空間桁架的懸挑端，另一端支承在混凝土結(jié)構(gòu)樓面。
▲ 空側(cè)長廊的結(jié)構(gòu)單元模型
以鋼拉索和支撐加強的單層結(jié)構(gòu)
整體呈現(xiàn)筒形，有利于減小海風(fēng)荷載
沿縱向布置了許多斜撐桿，加強了單層結(jié)構(gòu)的曲面內(nèi)剛度。
展開 引言：結(jié)構(gòu)有限元軟件iSolver已發(fā)展到一定階段，現(xiàn)采用結(jié)構(gòu)有限元軟件iSolver進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，iSolver可使用Abaqus作為前后處理工具，本文以橋梁結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析為例，將iSolver和Abaqus計算結(jié)果進(jìn)行對比，計算實例采用經(jīng)典案例“空間站太陽翼桅桿模態(tài)分析”，比對兩種有限元軟件的計算結(jié)果。
模態(tài)分析是各種動力學(xué)分析類型中基礎(chǔ)的內(nèi)容，結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的振動特性決定了結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)對其他各種動力載荷的響應(yīng)情況。所以，一般情況下，在進(jìn)行其他動力學(xué)分析之前首先要進(jìn)行模態(tài)分析。
使用模態(tài)分析有如下功能。
（1）可以使結(jié)構(gòu)設(shè)計避免共振或按照特定的頻率進(jìn)行振動。
（2）可以認(rèn)識到對于不同類型的動力載荷結(jié)構(gòu)是如何響應(yīng)的。
（3）有助于在其他動力學(xué)分析中估算求解控制參數(shù)（如時間步長）。
問題描述：
模態(tài)分析用于確定太陽翼桅桿結(jié)構(gòu)的固有頻率，可以使設(shè)計師在設(shè)計時避開這些頻率或者最大限度地減少對這些頻率上的激勵，從而消除過度振動和噪聲，分析結(jié)果可以為桅桿的設(shè)計提供重要的參數(shù)。
本案例以空間站太陽翼桅桿的空間桁架結(jié)構(gòu)為參考原型，經(jīng)過適當(dāng)修改。空間桁架結(jié)構(gòu)為三棱空間結(jié)構(gòu)，桁架沿長度方向有3條縱桿，縱桿的每節(jié)長度為0.5m，共有40節(jié)；每兩條縱桿形成一個側(cè)面，每個側(cè)面的兩縱桿之間等間距地分布有橫框，橫框間距為0.5m，空間桁架結(jié)構(gòu)的每一節(jié)有3條橫框，構(gòu)成等邊三角形；個側(cè)面的每節(jié)縱桿和橫框構(gòu)成的矩形內(nèi)沿對角線方向有兩條斜拉桿，斜拉桿空間相交，但交點處無連接；整個空間桁架結(jié)構(gòu)共有40節(jié)，總長20m。
圖1 桅桿有限元模型
操作：
設(shè)定好材料參數(shù)后，建立分析步，求解前5階固有頻率和振型。
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空間桁架的最新內(nèi)容
平面位于S形變寬曲面上，橋?qū)?4.4～20.5m，設(shè)計橋型采用“波浪形”空間曲面鋼桁架橋，全長150m，為三跨連續(xù)結(jié)構(gòu)。
圖1 南京青奧公園橋鳥瞰
橋梁結(jié)構(gòu)以基本型等高等截面桁架梁作為0代結(jié)構(gòu)，經(jīng)過1代豎向波浪形曲線變異，到2代橫向S曲線變寬橫向扭轉(zhuǎn)形成橋梁的最終形態(tài)。
桁架由直桿組成的一般具有三角形單元的平面或空間結(jié)構(gòu)，桁架桿件主要承受軸向拉力或壓力，從而能充分利用材料的強度，在跨度較大時可比實腹梁節(jié)省材料，減輕自重和增大剛度。
空間大跨桁架結(jié)構(gòu)多尺度節(jié)點有限元分析
桁架由直桿組成的一般具有三角形單元的平面或空間結(jié)構(gòu)，桁架桿件主要承受軸向拉力或壓力，從而能充分利用材料的強度，在跨度較大時可比實腹梁節(jié)省材料，減輕自重和增大剛度。
本案例以空間站太陽翼桅桿的空間桁架結(jié)構(gòu)為參考原型，經(jīng)過適當(dāng)修改。
（見規(guī)范6.5.1）
7.2雙排腳手架門洞處的空間桁架，除下弦平面外，應(yīng)在其余5 個平面內(nèi)的圖示節(jié)間設(shè)置一根斜腹桿（圖中1-1、2-2、3-3 剖面）斜腹桿宜采用旋轉(zhuǎn)扣件固定在與之相交的橫向水平桿的伸出端上，旋轉(zhuǎn)扣件中心線至主節(jié)點的距離不宜大于150mm。
軸心受力桿件應(yīng)用于各種平面和空間桁架，是組成桁架的主要承重構(gòu)件。軸心受壓構(gòu)件還常用作支撐其他結(jié)構(gòu)的承重柱。
拉桿的破壞主要是鋼材屈服或被拉斷，屬于強度破壞。壓桿的破壞主要是構(gòu)件失去整體穩(wěn)定性（即屈曲）或組成壓桿的板件局部失去穩(wěn)定性，當(dāng)構(gòu)件上有螺栓孔等使截面削弱時，也可能因強度不足而破壞。因此對壓桿要計算構(gòu)件的1）整體穩(wěn)定性、2）組成構(gòu)件的局部穩(wěn)定性和3）截面的強度三項內(nèi)容；而對拉桿只計算強度。
材料和結(jié)構(gòu)的破壞與局部機制有內(nèi)在聯(lián)系，包括易延性金屬、脆性陶瓷、離散泡沫和空間桁架
桿單元只能承受軸向力作用，適于平面或空間桁架、網(wǎng)架仿真。
例：圖示桁架系統(tǒng)，已知桁架E=210GPa，A=0.0005m2，其中，節(jié)點2,3,4全約束，節(jié)點1約束z向自由度。具體載荷以及坐標(biāo)如下圖所示，求：a）節(jié)點位移；b）單元應(yīng)力。
2、空間桁架
（1）有限元模型
建立如下所示的空間桁架模型。由于桿件空間位置較為復(fù)雜，但是規(guī)律性強，我們采用inp文件直接建立模型。
節(jié)點的參數(shù)
1~6號節(jié)點是最下層的節(jié)點，7~12是中間層節(jié)點，13是底層節(jié)點。
單元參數(shù)，使用T3D2單元
（2）材料和截面
全部桿件采用相同的材料和截面。
