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桁架是由一些用直杆组成的三角形框构成的几何形状不变的结构物。杆件间的结合点称为节点(或结点)。根据组成桁架杆件的轴线和所受外力的分布情况,桁架可分为平面桁架和空间桁架。屋架或桥梁等空间结构是由一系列互相平行的平面桁架所组成。若它们主要承受的是平面载荷,可简化为平面桁架来计算。
桁架的种类及特性:
桁架是由直杆通过焊接、铆接或螺栓连接而成的、具有相邻三角形单元的平面或空间结构。由于直杆仅承受轴向拉力或压力,从而能充分利用材料的强度,在跨度较大时相较实腹梁能节省大量材料,减轻结构重量。
从外形上区分,常用桁架可分为三角桁架、梯形桁架、平行弦桁架等几何类型。其中平行弦桁架因为组成零件规格较少,制造简单,在温室行业使用较为普遍。
温室用平行弦桁架通常由上下弦杆、直腹杆、斜腹杆、端板组成,各构件之间采用焊接相连。根据斜腹杆的布置方式不同,平行弦桁架又可以分为人字式、单向斜杆式(豪式)两种类型。
其中,人字式斜腹杆桁架所用腹杆数量、总长度较小,相应节点数量也少,可以减少制造成本及焊接工作量,但受拉、受压斜腹杆长度相等,结构上不尽合理;同时,弦杆节间长度较大,当弦杆吊挂荷载较大(例如瓜果类种植)时,需要提高弦杆抗弯能力;与之相对应,单向斜杆式桁架杆件数量较多,材料用量、加工量较大,但受压的直腹杆长度较小,弦杆结间距同样较小,在较大吊挂荷载下材料性能能可得到更好的发挥。设计过程中应根据桁架荷载状况综合考虑,选择较优结构方案。为简便起见,以下仅就人字式腹杆平行弦桁架进行讨论。
设计要求:
足够强度—不发生断裂或塑性变形;足够刚性—不发生过大的弹性变形;足够稳定性—不发生因平衡形式的突然转变而导致坍塌;良好的动力学特性—抗震、抗风性。
桁架的设计要求: 要有符合要求的杆件;要有良好的连接件,包括铆钉、销钉及焊缝的连接。这些就涉及到桁架的类型、杆件的尺寸和材料,但首先是静力学分析。
空间桁架
组成桁架各杆件的轴线和所受外力不在同一平面上。在工程上,有些空间桁架不能简化为平面桁架来处理,如网架结构。塔架、起重机构架等。空间桁架的节点为光滑球铰结点,杆件轴线都通过联结点的球铰中心并可绕球铰中心的任意轴线转动。每个节点在空间有三个自由度。节点和杆件数的关系为W=3j-n,W>0为几何可变桁架,W=0为几何不变且无多余约束的空间桁架。空间桁架和平面桁架一样,可用部分截割法和节点法求出桁架内所有杆件所受的内力。部分截割法则是利用空间任意力系的六个平衡条件求出各杆的内力。节点法是截取节点为隔离体,利用每个节点所受的空间汇交力系的三个平衡条件,求出各杆的内力。