本文作者:青岛加固设计公司

在桁架计算时,如何选择计算方法(复杂桁架计算中结点法的优势分析)

青岛加固设计公司 11小时前 03:34:08 1 抢沙发
在复杂桁架的计算中,结点法是一种有效的方法。这种方法通过将复杂的结构分解为简单的部分,然后分别进行计算,最后再将这些结果组合起来得到整个结构的响应。与分部积分法相比,结点法具有计算量小、精度高等优点。结点法也有其局限性,例如在处理边界条件时可能不够精确。在选择计算方法时需要根据具体问题和需求进行权衡。

桁架计算方法选择的考虑因素

一、根据桁架结构类型选择

  • 简单桁架
    • 对于简单桁架(由一个基本铰结三角形开始,依次增加二元体组成的桁架),结点法是较为方便的计算方法。因为简单桁架的几何组成特点使得在计算时可以按照与几何组成相反的次序进行,每个二元体只有两个未知轴力的杆,利用结点上的外力与杆件内力组成的平面汇交力系,根据平衡方程Fx=0\sum F_{x}=0Fy=0\sum F_{y}=0就可以求解。例如在一些小型的、结构形式较为规整的简单桁架结构内力计算中,结点法能高效地计算出各杆件内力11
    • 当然,截面法同样适用简单桁架的计算,并且当只需计算某几根特定杆件内力时,截面法可能更具优势。
  • 联合桁架
    • 联合桁架(由几个简单桁架按几何不变体系的简单组成规则而联合组成的桁架)可以根据其组成部分的特点,先分析各简单桁架之间的连接关系和受力特点。如果能够找到合适的截面,使截开后的隔离体受力分析较为简单,截面法是不错的选择。因为联合桁架整体结构相对复杂一些,截面法可以避免分析过多的结点。如果从某个局部的简单桁架入手,也可以先采用结点法计算局部杆件内力,然后再通过整体的平衡关系计算其他部分的内力11
  • 复杂桁架
    • 复杂桁架(不属前两种方式组成的其他桁架)由于其结构形式复杂,可能不存在明显的简单桁架组成规律。对于节点较多的复杂桁架,结点法可能会使计算过程得到简化,通过分析各个结点的平衡条件来计算杆件内力。同时,也可以考虑采用计算机辅助分析方法,如利用有限元分析软件(SAP、Midas、ANSYS等)进行计算。这些软件可以建立复杂的桁架模型,准确模拟其受力情况,通过加载边界条件和外力,运行分析后查看结果33

二、根据计算目的选择

  • 计算全部杆件内力
    • 如果需要计算桁架中全部杆件的内力,对于简单桁架而言,结点法从最后一个二元体开始按顺序计算,可以逐步求出所有杆件内力。对于联合桁架或复杂桁架,可能需要综合运用结点法截面法。先通过整体的平衡条件(如计算支座反力等),再选择合适的结点或截面进行分析,逐步求解各杆件内力。
  • 只求部分杆件内力
    • 当只需要计算桁架中的部分杆件内力时,截面法会比较合适。通过选取合适的截面,使所求杆件内力在隔离体的平衡方程中出现,从而快速计算出这些杆件的内力。例如在对桁架结构进行局部加固或改造时,只关心与加固改造相关的部分杆件内力,就可以采用截面法11

三、根据已知条件选择

  • 已知结点荷载和结构几何形状
    • 如果桁架的荷载作用在结点上,并且结构的几何形状明确,对于静定桁架(满足平面桁架计算简图中的基本假定,如各结点都是光滑的理想铰结点、各杆轴线都是直线且在同一平面内并通过铰的中心、荷载及支座反力都作用在结点上且在桁架平面内),无论是简单桁架、联合桁架还是复杂桁架,都可以根据上述提到的方法选择。如简单桁架可用结点法;联合桁架或复杂桁架根据具体情况选择结点法截面法或者二者结合。
  • 考虑次应力情况
    • 如果要考虑由于实际桁架与理想桁架假定的差别(如节点刚性、杆件轴线不完全平直、荷载不完全作用在结点上等)而产生的次应力(杆件弯曲应力和轴向应力),则需要采用更精确的计算方法。对于平面桁架,可采用考虑杆件轴向变形的超静定结构计算方法,如力法位移法等;或者采用有限元法进行分析,这些方法可以更准确地计算出包括次应力在内的杆件内力22

桁架计算中结点法的应用场景

联合桁架截面法的优势分析

考虑次应力的桁架计算技巧

复杂桁架计算的计算机辅助方法

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