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钢桁架

补充:0  浏览:4273  发布时间:2014-1-10


  钢桁架


  钢桁架是指用钢材制造的桁架 工业与民用建筑的屋盖结构吊车梁、桥梁和水工闸门等,常用钢桁架作为主要承重构件。各式塔架,如桅杆塔、电视塔和输电线路塔等,常用三面、四面或多面平面桁架组成的空间钢桁架。


  1简介


  摘要: 钢桁架 (steel truss )用钢材制造的桁架 工业与民用建筑的屋盖结构 吊车梁、桥梁和水工闸门等,常用钢桁架作为主要承重构件。各式塔架,如桅杆塔、电视塔和输电线路塔等,常用三面、四面或多面平面桁架组成的空间钢桁架。


  2概述


  钢桁架用钢材制造的桁架。工业与民用建筑的屋盖结构、吊车梁、桥梁和水工闸门等,常用钢桁架作为主要承重构件。各式塔架,如桅杆塔、电视塔和输电线路塔等,常用三面、四面或多面平面桁架组成的空间钢桁架。


  最常采用的是平面桁架,在横向荷载作用下其受力实质是格构式的梁。钢桁架与实腹式的钢梁相比较, 其特点是以弦杆代替翼缘和以腹杆代替腹板,而在各节点处通过节点板(或其它零件)用焊缝或其它连接将腹杆和弦杆互相连接;有时也可不用节点板而直接将各杆件互相焊接(或其它连接)。这样,平面桁架整体受弯时的弯矩表现为上、下弦杆的轴心受压和受拉,剪力则表现为各腹杆的轴心受压或受拉。


  桁架在钢结构中应用很广,例如在工业与民用建筑的屋盖(屋架等)和吊车梁(即吊车桁架)、桥梁、起重机(其塔架、梁或臂杆等)、水工闸门、海洋采油平台中,常用钢桁架作为承重结构的主要构件。在大跨度公共建筑屋盖结构中较多采用的各种型式的钢网架,则属于空间钢桁架。各种类型的塔架,如电视、输电、钻井、起重机用塔架和桅杆塔,常用三面、四面或多面平面桁架组成的空间钢桁架。



  钢桁架与实腹梁相比是用稀疏的腹杆代替整体的腹板,并且杆件主要承受轴心力,从而常能节省钢材和减轻结构自重。这使钢桁架特别适用于跨度或高度较大的结构。此外,钢桁架还便于按照不同的使用要求制成各种需要的外形。并且,由于腹杆钢材用量比实腹梁的腹板有所减少,钢桁架常可做成有较大高度,从而具有较大的刚度。但是,钢桁架的杆件和节点较多,构造较为复杂,制造较为费工。


  钢桁架中,梁式简支桁架最为常用。因为这种桁架受力明确,杆件内力不受支座沉陷和温度变化的影响,构造简单,安装方便;但用钢量稍大。刚架式和多跨连续钢桁架等能节省钢材,但其内力受支座沉陷和温度变化的影响较敏感,制造和安装精度要求较高,因此采用较少。在单层厂房钢骨架中,屋盖钢桁架常与钢柱组成单跨或多跨刚架,水平刚度较大,能更好适应较大吊车或振动荷载的要求。连续钢桁架常用于较大跨度的桥梁等结构和有纤绳的桅杆塔结构。在大跨度的公共建筑和桥梁中,也常采用拱式钢桁架。在海洋平台和某些房屋结构中,也常采用悬臂式钢桁架。各种塔架都属于悬臂式结构。


  钢桁架按杆件内力、杆件截面和节点构造特点可分为普通、重型和轻型钢桁架。普通钢桁架一般采用单腹式杆件,通常是两个角钢组成的T形截面,有时也用十形、槽形或管形等截面(图8—2a),在节点处用一块节点板连接,构造简单,应用最广。重型钢桁架的杆件受力较大,采用由钢板或型钢组成的H形或箱形截面(图8—2b),节点处用两块平行的节点板连接,它常用于跨度和荷载较大的钢桁架,如桥梁和大跨度屋架等。轻型钢桁架采用小角钢及圆钢(图8—2c),或采用冷弯薄壁型钢(图8—2d),节点处可用节点板连接,也可将杆件直接相连,它主要用于跨度较小、屋面较轻的屋盖结构。



  3分类


  钢桁架常按力学简图、外形和构造特点进行分类。


  ① 按力学简图分为简支的和连续的;静定的和超静定的,平面的和空间的。简支钢桁架应用最广。


  ② 按外形可分为三角形、 梯形、平行弦和多边形。屋面坡度较陡的屋架常采用三角形钢桁架(图 1a),跨度一般在18~24米以下;屋面坡度较平缓的屋架常采用梯形钢桁架(图1b、c),跨度一般为18~36米,应用较广。其他各类钢桁架常采用构造较简单的平行弦钢桁架(图1d、e、f及见桁架梁桥)。多边形钢桁架受力较好(图1g),但制造较复杂,只在大跨度钢桁架中有时采用。塔架通常采用直线或折线的外形(见塔式结构)。


  ③ 按杆件内力、杆件截面和节点构造特点分为普通、重型和轻型钢桁架。普通钢桁架一般用单腹式杆件,通常是两个角钢组成的T形截面,有时也用十字形、槽形或管形等截面,在节点处用一块节点板连接,构造简单,应用最广。重型钢桁架杆件用由钢板或型钢组成的工形或箱形截面,节点处用两块平行的节点板连接;常用于跨度和荷载较大的钢桁架,如桥梁和大跨度屋盖结构。轻型钢桁架用小角钢及圆钢或薄壁型钢组成;节点处可用节点板连接,也可将杆件直接相连;主要用于小跨度轻屋面的屋盖结构。


  4工程要点


  连接方法


  钢桁架可用焊接、普通螺栓连接、高强度螺栓连接或铆接。焊接应用最广;普通螺栓连接常用于可拆卸的结构、输电塔和支撑系统;高强度螺栓连接常用于重型钢桁架的工地连接;铆接用于受较大动力荷载的重型钢桁架,目前已逐渐被高强度螺栓连接所代替。


  高跨比


  钢桁架的高度由经济、刚度、使用和运输要求确定。增加高度可减小弦杆截面和挠度,但增加腹杆用量和建筑高度。钢桁架的高跨比通常采用 1/5~1/12;钢材强度高、刚度要求严的钢桁架应采用相对偏高值。三角形钢屋架的高度通常由屋面坡高确定;一般屋面坡度为1/2~1/3时,高跨比相应为1/4~1/6。


  腹杆体系


  钢桁架的腹杆体系通常采用人字式或单斜式等形式。人字式腹杆的腹杆数和节点数较少,应用较广;为减少受有荷载的弦杆或受压弦杆的节间尺寸,通常增加部分竖杆。单斜式腹杆通常布置使较长的斜杆受拉,较短的竖杆受压,有时用于跨度较大的钢桁架。如需进一步减小弦杆及腹杆的长度,可采用再分式腹杆体系,钢桁架高度较大且节间较小时可采用K式或菱形腹杆体系。在支撑桁架和塔架中,常采用能较好承受变向荷载的交叉式腹杆体系,交叉斜杆通常按拉杆设计。斜腹杆对弦杆的倾斜角通常在30°~60°范围内。


  受力特点


  钢桁架各杆件的截面形心轴线应在节点处交汇于一点,内力计算一般按铰接桁架进行。当桁架只承受节点荷载时,所有杆件只受轴心拉力或压力;如在杆件节间内也承受荷载,则该杆件将同时受弯。钢桁架杆件一般较细,布置节点时应尽量避免或减小局部弯矩。对杆件截面高度与长度比值较大的钢桁架,必要时应考虑节点刚性引起的杆件次应力。


  支撑系统


  为了保证平面钢桁架在桁架平面外的刚度和稳定、减小弦杆在桁架平面外的计算长度、并承受可能有的侧向荷载,应在钢桁架侧向布置支撑(图2)。支撑通常可分为水平支撑(上弦和下弦平面、横向和纵向)、垂直支撑(桁架两端和中间)和系杆等类型。成对的钢桁架可在其间沿下弦及上弦平面分别布置横向水平支撑,并在钢桁架两端及中间每隔适当距离的竖杆平面布置垂直支撑。屋盖结构中有许多钢桁架,可只在两端及每隔一定距离的相邻两桁架间设置上、下弦横向水平支撑和垂直支撑,其余桁架只在上、下弦按适当间距设置系杆;当有较重吊车或必要时,还可在桁架下弦端节间增设纵向水平支撑。在四面或多面的塔架中应每隔一定高度设置横隔,以保证塔架刚度和横截面的几何不变性。


  杆件截面设计


  钢桁架杆件的截面形式按节省钢材、连接方便和制造简单等条件选择,并注意使杆件在两个主轴方向的长细比(杆件计算长度和截面回转半径的比值)尽可能相近。钢桁架拉杆应满足强度和容许长细比的要求;压杆应满足强度、稳定和容许长细比的要求。


  在计算杆件的强度和稳定时,内力按轴心力考虑;当杆件同时受轴心力和弯矩时,应按偏心受力考虑其共同作用。在计算杆件的稳定和长细比时,应考虑桁架平面内和平面外两个方向,或长细比较大的不利方向。杆件的容许长细比,按杆件受压或受拉、受静力荷载或动力荷载等情况分别规定。


  起拱


  跨度稍大的钢桁架,为抵消自重及荷载作用下的全部或部分挠度,通常规定在制造时预先起拱。屋架的起拱度(f)一般为跨度的1/500。

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