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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。
桁架设计注意事项:
1.桁架的计算应该在与立柱组成的组合结构中进行
早期桁架计算多参考力学计算手册、采用手工方式进行。为减少计算工作量,往往将桁架作为一个独立部件进行计算,不考虑立柱对桁架的影响,较终通过提高结构安全系数来解决计算误差问题。在目前的技术环境下,各种结构计算软件的使用已经非常普遍,桁架的精确组合计算变得非常简单。以下是特定规格的同一桁架的三种不同组合状态,以及对应状态下的杆件轴力图、轴力汇总表(桁架荷载包括上弦均布垂直、上弦中点集中垂直荷载),荷载值采用有限元结构计算软件进行计算。
2.桁架的使用对温室立柱提出了更高的要求
桁架因为垂直承载面积较大,由桁架转移到立柱上的垂直荷载也较大,对立柱材料截面积的调整不会成为问题。但是,因为温室结构的特殊性,垂直荷载往往较小,对立柱的要求更多地受制于水平荷载,即风载的作用。桁架的使用会对立柱水平承载能力(抗弯能力)带来更大的影响,而这个影响往往会被低估,造成立柱在较端荷载条件下强度**限。
平面桁架
组成桁架的杆件的轴线和所受外力都在同一平面上(图1)。平面桁架可视为在一个基本的三角形框上添加杆件构成的。每添加两个杆,须形成一个新节点才能使结构的几何形状保持不变。这种能保持几何坚固性的桁架叫作无余杆(或叫无冗杆)桁架。如果只添加杆件而不增加节点,就不能保持桁架的几何坚固性,这种桁架叫作有余杆(或叫有冗杆)桁架。
分析静定平面桁架的受力情况有以下两种方法:
①截面法
②节点法
③麦克斯韦-克雷莫纳法