空間桁架的案例
用戶論文分享 | 空間桁架結構減振設計與試驗驗證
空間桁架結構減振設計與試驗驗證
駱海濤1，富佳1，王鵬2，王巍2，陳寧2
摘要：
空間桁架結構由于管壁剛度大、末端載荷懸臂安裝，傳統直接敷加約束阻尼層的方法，減振效果并不明顯。通過減振優化技術，設計出空間桁架和航天載荷的最優結構。
這是一種打斷長管結構，在打斷后短管上敷加自由阻尼層，通過膠黏劑來進行連接。這種結構與直接在長管上敷加約束阻尼層的結構相比，減振效果更好，質量也更輕。采用B&K測試系統，對原始模型和打斷長管新模型進行了振動試驗過程中的數據采集，得到了空間桁架結構在X、Y、Z 3個方向上載荷測點的加速度響應情況。
試驗結果表明，打斷長管方案結合敷加黏彈性約束阻尼層的方法結構簡單、易于實現，能有效降低桁架末端航天載荷的振動水平，對其他空間結構的減振設計具有重要的借鑒意義。
關鍵詞：振動與波；空間桁架結構；黏彈性約束阻尼層；振動特性；加速度響應；
中圖分類號：TB535+.1；V216.2
文獻標志碼：A
DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-1355.2019.01.001
↓ 點擊圖片可放大查看
Brüel & Kj?r 2020年用戶論文征稿進行中，歡迎投稿！
知乎
世界上最安靜的房間 | 在消聲室靜靜是種什么樣的體驗 | 國產大飛機C919
拍西瓜的科學依據 | 聲學界吉尼斯 | 最冷的樂器 | 特別燒錢的坑
還有這種操作？ | 如何運用聲學知識幫助溝通障礙人群？
微信
都說索尼大法好，究竟好在哪？
聲振界第一玄學之聲品質 | 為何聲音聽起來“不舒服”？
展開 雙扭曲空間鋼管桁架屋面結構工程
滄州體育場主體結構為鋼筋混凝土框架結構，地上四層，屋蓋結構為橢圓形空間鋼管桁架結構體系。屋蓋的橢圓形結構長軸長271米，短軸長231米。整個屋蓋結構由20組環形桁架單元體沿橢圓形結構布置而成。每組環形桁架通過斜撐支撐在看臺E軸的三層結構柱上，底腳支座位于F軸一層結構柱上。每組環形桁架單元體由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高達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，材質均為Q345B。屋蓋鋼結構工程用鋼量約4000噸。
滄州體育場雙扭曲空間鋼管桁架屋面結構工程
滄州體育場鋼結構吊裝完成
結構形式復雜，安裝難度大，需設置大量臨時支撐
主、次桁架弧長最長達65米，投影長度達48米，桁架頂標高最高為42.1米，單榀最重達50噸，支點分別支撐于一層和三層結構柱上，每榀桁架均為空間三維構造，空間定位困難，且桁架吊裝到位后，需設置可靠的支撐。如何確保吊裝安全可靠且保質保量地完成鋼結構安裝是本工程最難、最重要的一點。
解決對策：使用大型的履帶吊車進行吊裝，并將桁架進行合理的分段，在分段點處設置支撐。桁架的支撐選用標準長度的Φ609×16圓管，圓管間使用Φ133×12鋼管作為系桿進行拉結。根據支撐高度的不同，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，設置在主桁架以及次桁架兩個分段之間，組成門式框架結構；另一種為三角形，設置在主桁架與內封邊桁架接口位置。由于門式支撐設置在看臺結構上，為保證結構安全，在門式支撐架下設置橫向轉換梁，并在下部混凝土梁使用碗扣腳手架進行加固。
展開 空間大跨桁架結構多尺度節點有限元分析
空間大跨桁架結構多尺度節點有限元分析
【iSolver案例分享15】空間站太陽翼桅桿模態分析案例
引言：結構有限元軟件iSolver已發展到一定階段，現采用結構有限元軟件iSolver進行結構分析，iSolver可使用Abaqus作為前后處理工具，本文以橋梁結構的模態分析為例，將iSolver和Abaqus計算結果進行對比，計算實例采用經典案例“空間站太陽翼桅桿模態分析”，比對兩種有限元軟件的計算結果。
模態分析是各種動力學分析類型中基礎的內容，結構和系統的振動特性決定了結構和系統對其他各種動力載荷的響應情況。所以，一般情況下，在進行其他動力學分析之前首先要進行模態分析。
使用模態分析有如下功能。
（1）可以使結構設計避免共振或按照特定的頻率進行振動。
（2）可以認識到對于不同類型的動力載荷結構是如何響應的。
（3）有助于在其他動力學分析中估算求解控制參數（如時間步長）。
問題描述：
模態分析用于確定太陽翼桅桿結構的固有頻率，可以使設計師在設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，分析結果可以為桅桿的設計提供重要的參數。
本案例以空間站太陽翼桅桿的空間桁架結構為參考原型，經過適當修改。空間桁架結構為三棱空間結構，桁架沿長度方向有3條縱桿，縱桿的每節長度為0.5m，共有40節；每兩條縱桿形成一個側面，每個側面的兩縱桿之間等間距地分布有橫框，橫框間距為0.5m，空間桁架結構的每一節有3條橫框，構成等邊三角形；個側面的每節縱桿和橫框構成的矩形內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；整個空間桁架結構共有40節，總長20m。
圖1 桅桿有限元模型
操作：
設定好材料參數后，建立分析步，求解前5階固有頻率和振型。
展開 
沉沒中的關西機場
建筑設計草圖
建筑橫向剖面
航站樓長達1.7公里，在建筑設計概念上，它追求連續的空間感受，呈現流動的形態，剖面造型像一架滑翔機。整體建筑功能復雜但細節卻不失精致。
暴露在室內的空間華倫桁架
由V形斜柱支撐，中間最大跨度達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模的機場，以及優美的大跨度空間桁架屋蓋結構。關西機場建成的第2年，經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。國際航線到達廳在機場大樓1層，出發廳在4層，國內航線到達出發廳均在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。空側長廊為鋼索加勁的單層結構，其余5跨為空間桁架結構。
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，構件在三個維方向布置，大大提高了桁架的整體穩定性。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
▼ 建筑中大量應用了V形斜柱、搖擺柱、斜撐
▲ 施工現場：柱端直徑收小，采用高強螺栓連接
如今看到的精美柱腳節點好像只是外包裝飾板
3.長廊結構
空側長廊結構：屋蓋與立面呈連續的整體，鋼結構為單層形式，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構樓面。
▲ 空側長廊的結構單元模型
以鋼拉索和支撐加強的單層結構
整體呈現筒形，有利于減小海風荷載
沿縱向布置了許多斜撐桿，加強了單層結構的曲面內剛度。
展開 【iSolver案例分享】桁架的躍越失穩
1、簡單空間桁架
如圖是一個包含兩根桿件的平面桁架，在頂部節點向下加一集中力P。若僅考慮幾何非線性，則為一經典的越躍失穩問題。荷載與頂部節點位移的理論關系為：
(1)有限元模型
有限元模型共三個節點，兩個單元，單元類型為T3D2。左右兩側節點約束x、y、z三個方向的平動自由度，中間節點約束x、z方向的平動自由度。
材料本構：使用線彈性材料，如下所示
2）加載
躍越失穩問題是比較難求解的非線性問題，一般采用弧長法求解，為方便收斂本次改用位移加載，使用一般的靜力求解方式。
（3）求解設置
注意打開幾何大變形開關；要在歷史輸出中輸出中間節點的反力和位移，方便繪制荷載位移曲線。
（4）結果
最后荷載步的位移和應力云圖如下所示。
y向位移(左:isolver,右:abaqus)
Mises等效應力(左:isolver,右:abaqus)
由圖可見，兩種軟件求解的應力和位移結果完全吻合。
將中間節點的荷載位移曲線的理論解、abaqus解、isolver解畫于同一幅圖中，如下所示。
可見，理論解、abaqus解、isolver解的三條曲線彎曲幾乎完全重合。
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雜，但是規律性強，我們采用inp文件直接建立模型。
節點的參數
1~6號節點是最下層的節點，7~12是中間層節點，13是底層節點。
單元參數，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。截面積為317，彈性模量2.06e5，泊松比0.3.
展開 讓屋蓋動起來——開合屋蓋
▲豐田體育場內部
開合屋蓋為滑移型屋蓋，數榀空間桁架支承于屋面軌道上，桁架上覆蓋膜材。當屋面閉合時桁架依次順軌道滑動，同時膜材被張緊；當屋面開啟時桁架依次滑移至屋面一側，同時膜材由于重力作用垂掛在兩榀桁架之間。因此屬于剛性與柔性混合型開合屋蓋。
▲屋蓋閉合狀態
▲屋蓋開啟狀態
豐田體育場開合屋蓋同樣命運多舛，2007年11月，屋蓋由于機械故障需要大修，修理一直持續了10個月才完成，修理好之后故障還是時有發生。因此，2015年之后，運營方考慮到維護成本，決定保持屋頂一直開放。
更多案例
由于篇幅有限，以下案例就不逐一介紹了，下面就放一些圖片與大家一起欣賞。
▲旗忠網球中心開合屋蓋
▲旗忠網球中心內部
上海旗忠網球中心位于旗忠森林體育城內，體育館平面為圓形直徑144m，高度為35m，屋蓋四周向內懸挑長度為61.5m，水平投影面積1.63萬平，總建筑面積3.8萬平。
結構設計在施加了環向預應力和徑向預應力的鋼筋混凝土主體結構上支承一個直徑123m，24m寬，7m高鋼結構空間桁架環梁，環梁上對應8榀開合屋蓋結構每榀設置一個固定轉軸及三同心旋轉軌道結構。屋蓋上表面為鋁合金面板，下表面為膜結構。
▲Amsterdam Arena，剛性滑移型開合屋蓋
▲Miller Park，剛性旋轉型開合屋蓋
▲Toronto “Skydome”，剛性滑移型開合屋蓋
▲日本喜凱亞“海洋巨蛋”，剛性滑移型開合屋蓋
▲日本札幌中央區地下商場屋頂，剛性折疊型開合屋蓋
結語
對于開合屋蓋我國已有相應的技術規程《開合屋蓋結構技術規程》CECS417-2015，其中對荷載、體系、計算、驅動系統、控制系統、使用和維護都有相應的規定，有興趣的讀者可以深入閱讀。
展開 MIDAS 建筑產品 2018軟件升級內容
- MIDASIT
midas Gen & midas Building
升級內容介紹
midas Gen
01
高效快速建模
高效快速建模
?空間桁架建模助手：5大類21中空間桁架建模助手
模型雙向互導接口
?Gen與STAAD Pro V8i雙向互導
助力城市發展·管廊分析與設計
?管廊抗震：反應位移法
?管廊荷載組合：自動生成
?管廊設計：板設計功能的全面強化
02
新鋼標·新規范·新方向
鞏固鋼結構堡壘·新規范·新方向
?新規范-鋼結構設計標準
鋼梁的包絡設計
構件承載力驗算
節點域承載力驗算
構造驗算和使用性能驗算
穩定性分析設計
鋼結構優化設計
輸出詳細計算書
?新方向-冷彎薄壁型鋼結構技術規范
?新規范-高鋼規-支撐結構設計
?考慮截面凈毛面積比
展開 結構分析_穩定與靜定判斷
這個桁架不穩定是因為它的1、2桿件無法傳遞豎向荷載，如果我取右側的隔離體，左側被切斷的桿件沒有豎向內力跟支座反力平衡。換言之，1、2桿件之間的這個平行四邊形會發生剛體形變。
這兩個平面框架都是穩定結構，左邊的超靜定次數是4，右邊的是7。
這個框架同樣是穩定結構，超靜定次數是99。我們可以用 #un 和 #eq 來計算超靜定次數，也可以用簡便方法，數格子的數量，每個格子的橫梁提供了3個額外約束，格子的數量乘以3，再減去缺失的約束的數量，就是總的超靜定次數。
這是個空間桁架的例子，穩定，靜定。
空間框架的例子。如果 A、B 兩點同時釋放了各自的3個方向的彎矩，則 AB 桿件可以繞著自己的長軸旋轉，所以結構是不穩定的。如果固定了 A 的扭矩，限制住 AB 桿件繞自己長軸的旋轉，則結構變為穩定結構，40次超靜定。或者，共有8根橫梁，每個橫梁提供了6個額外的約束，8乘以6等于48，再減去 A 釋放的2個約束、B 釋放的3個約束、右下角支座釋放的3個數月，就等于40個額外約束，也就是40次超靜定。
這是一個平面桁架-框架的混合結構。可以當作一個框架來處理，桁架桿件看作桿端彎矩釋放之后的框架桿件。注意，每個節點應該至少與一個桿件相連，否則作用在桿件上的彎矩無法傳遞。比如中央的下弦桿件，內力釋放是2個，而不是3個。如果與之相連的3個桿件的桿端彎矩都釋放了，作用在這個節點的外荷載彎矩就無法平衡了。
判斷穩定與否，是結構分析的第一步，至少在這門課程里是不接受不穩定結構的。
判斷靜定與否，是結構分析的第二部，決定了我們可以采用哪種方法來求解內力和變形。
接下來，我們將要關注的是靜定結構的內力求解。
展開 體育場徑向環形大懸挑鋼結構綜合施工技術研究
★9 技術總結
本工程鋼結構用量約8500噸，空間桁架結構采用了大量的鑄鋼件，屋面整體為雙曲型，空間結構較為復雜，東西為對撐結構，懸挑37m；南側結構沒有支撐，水平跨度63米；北側罩棚由4個樹形柱支撐。根據鋼結構罩棚形式，將鋼結構分成四個區域，按照順時針方向，由西南角主桁架開始依次進行吊裝；采用450t履帶吊將主桁架由地面拼裝架吊裝至屋面罩棚相應位置，通過主桁架V型支座和懸挑端設置的臨時支撐進行臨時支撐吊裝單元，并利用全站儀進行精準定位后點焊牢固，采用CO2氣體保護焊將V型支撐底部與支座預埋進行焊接，確保主桁架固定牢靠無位移產生；通過合理設置2條合攏縫、多管相交采用鑄鋼節點、樹形柱預留封板對接焊接等措施確保了鋼結構焊接質量與結構安全穩定；通過計算機軟件輔助計算，采取六級卸載，最終順利的完成了鋼結構的臨時支撐的卸載，完成了鋼結構施工的任務，形成了一整套徑向環形大懸挑鋼結構綜合施工技術成果，為后續類似體育場館施工提供了寶貴的經驗。
（來源：科技建工 上海分公司）
展開 軸心受力構件簡述
軸心受力桿件應用于各種平面和空間桁架，是組成桁架的主要承重構件。軸心受壓構件還常用作支撐其他結構的承重柱。
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件失去整體穩定性（即屈曲）或組成壓桿的板件局部失去穩定性，當構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件的1）整體穩定性、2）組成構件的局部穩定性和3）截面的強度三項內容；而對拉桿只計算強度。以上均屬于按承載力能力極限狀態計算，計算時采用荷載的設計值。
軸心受力構件中與受力相對應的變形是伸長或壓縮。在正常使用狀態下，最大應變接近千分之一，值非常小，因此軸心受力構件不要求驗算其軸向變形。但對軸心受力構件要限制其長細比，不超過某容許值，此條件稱為剛度條件。
軸心受力構件的截面形式中，圓鋼因截面回轉半徑小，只宜作拉桿；鋼管可用作拉桿或壓桿；單角鋼截面兩主軸與角鋼邊不平行，如用角鋼邊與其他構件相連，不易做到軸心受力，因而常用作次要構件或受力不大的拉桿；軋制普通工字鋼因兩主軸方向的慣性矩相差較大，對其較難做到等剛度。熱軋H型鋼由于翼緣寬度較大，且為等厚度，常用作柱截面。熱軋T型鋼用作桁架的弦桿，可節省連接用的節點板。
應用最多的是利用型鋼或鋼板焊接而成的實腹式組合截面。當受壓構件的荷載并不太大而長度較長時，為了加大截面的回轉半徑，可采用軋制型鋼由綴件相連而成的格構式組合截面。
展開 
【8月1日項目懸賞】
模型是在一空間桁架屋蓋節點和柱頂節點處設置有轉角的隔震支座，進行層間隔震分析，研究支座轉角變化對屋蓋隔震效果的影響
立即搶單
下載“技術鄰”APP，或點擊鏈接查看所有派單： http://www.yqgqt.org.cn/requirement/more
注：目前手機不支持搶單，如需搶單請用電腦瀏覽器打開該網址，或打開技術鄰首頁，在首頁右側點擊“懸賞”進行搶單。
客服微信：jishulink888
建筑結構設計和鋼結構軟件有哪些？
PKPM（原只能做框架、廠房、2008版本后新增了空間管桁結構的計算等等）
3D3S（也是一款空間結構、平面結構、空間桁架、平面桁架都能計算的程序，一些規則性的結構我們都用PKPM計算、另外一些不規則的3D3S首選）
MTS（多高層空間計算軟件、里面的高層分析比PKPM詳細，MTS的好處很多，里面所有的計算都有詳細的計算步驟，采取規范、運用的公式等等，MTS還自帶一個工具箱、很多節點計算在里面都能有詳細的計算過程和計算步驟）
MST（浙江大學的空間結構計算軟件，多用于網架結構的計算出圖）
SAP2000（這是一款和3D3S差不多的計算軟件，但是這款軟件在國外的權威性比3D3S要好很多，若你要進入一些從事國際工程的單位，這個軟件還是希望能學會）
理正工具箱（這是一款綜合性的節點計算軟件、多偏向于混凝土這一塊，和廣夏有異曲同工之妙）
若您是初學者，那首選PKPM和3D3S，PKPM對平面的感覺要求比較高，3D3S對空間感覺要求比較高，2款軟件你能學的差不多的話，混跡于設計院或者鋼結構設計公司沒大的問題！
展開 關于鋼結構設計軟件3D3S
3D3S（也是一款空間結構、平面結構、空間桁架、平面桁架都能計算的程序，一些規則性的結構我們都用PKPM計算、另外一些不規則的3D3S首選）
3D3S鋼結構—空間結構設計軟件是同濟大學獨立開發的CAD軟件系列，同濟大學擁有自主知識產權。該軟件在鋼結構和空間結構設計領域具有獨創性，填補了國內該類結構工具軟件的一個空白。截止2006年12月31日，3D3S的注冊用戶總數為1890家，基本覆蓋了各大鋼結構設計單位和鋼結構企業。目前國內結構設計一線都能看到3D3S軟件的身影。
3D3S軟件提供以下四個系統：3D3S鋼與空間結構設計系統、3D3S鋼結構實體建造及繪圖系統、3D3S鋼與空間結構非線性計算與分析系統、3D3S輔助結構設計及繪圖系統 。
系統描述
3D3S鋼與空間結構設計系統包括輕型門式剛架、多高層建筑結構、網架與網殼結構、鋼管桁架結構、建筑索膜結構、塔架結構及幕墻結構的設計與繪圖，均可直接生成Word文檔計算書和AutoCAD設計及施工圖。
展開 關于焊接結構設計的內容清單
5、焊接桁架
1.定義：由桿件組成的通常具有三角形特征的承受橫向彎曲載荷的構件。
2.特點：材料利用率高、耗材少、自重輕，常用于大跨度、承載小的場合。
3.桁架的結構形式：平面桁架（基本）和空間桁架（由平面桁架組成）。桿件只受軸向力，其連接點稱為節點，通過焊接而成，節點之間的區間稱為節間。桿件分為弦桿和腹桿。
4.關于節點。所有桿件軸心都要匯交于一點
6、焊接結構的制造工藝
基本流程：
生產組織與準備：技術準備、裝備準備、材料準備等；
備料：原材料處理、放樣、劃線、下料、坡口加工、成形加工、制孔等；
裝配與焊接；
質檢；
熱處理；
表面處理；
驗收；
資料歸檔。
7、壓力容器常用焊接結構設計：選擇合適的焊縫坡口，方便焊材(焊條或焊絲）伸入坡口根部，以保證全熔透。
坡口選擇因素：①盡量減少填充金屬量；
②保證熔透，避免產生各種焊接缺陷；
③便于施焊，改善勞動條件；
④減少焊接變形和殘余變形量，對較厚元件焊接應盡量選用沿厚度對稱的坡口形式，如X形坡口等。
更多資訊信息請關注【CAE技術聯盟】微信公眾平臺！
展開 