桁架结构分析与实例

ansys桁架结构分析实例平面桁架的静力分析摘要：近些年来，ANSYS 工程软件在工程领域内运用的很多，在分析线性有限元模型上比其他软件更具有优势。

而在ANSYS 软件中最常用的是线性静力分析，尽管很多的材料不一样，但结果确基本一致。

本文主要是要对平面桁架进行静力分析。

关键字：线性；桁架；有限元；结构The plane truss static analysisAbstract ：ANSYS engineering software engineering field use in recent years, a lot, in the analysis of linear finite element model on more than any other software advantages. The most commonly used in ANSYS linear static analysis, although a lot of the material is not the same, but the result was consistent. This article is mainly for static analysis of plane truss.Key words：Linear; truss; finite element; structure1. 引言结构分析的四个基本步骤是：创建几何模型、生成有限元模型、加载与求解、结果评价与分析。

具体步骤与结构分析类型有关，并且有些步骤可以省略或相互之间交叉，如简单结构的几何模型创建过程可省略而直接创建有限元模型，加载可在处理层也可以在求阶层等，需要根据具体情况以便利原则而定。

2主要步骤结构线性静力分析步骤为：2.1创建几何模型（1）清楚当前数据库。

回到开始层：FINISH 命令。

清楚数据库的操作步骤要在开始层。

清楚数据库：/CLEAR命令。

桁架适用范围
摘要：
1.桁架的定义和组成
2.桁架的分类和特点
3.桁架适用范围的具体场景
4.桁架在我国的应用实例
5.桁架的未来发展趋势和挑战
正文：
桁架是一种由杆件组成的结构体系，主要承受轴向力，具有优美的外观和良好的受力性能。

桁架可以分为三角形、四边形、六边形等不同类型，根据材料和用途的不同，又有钢材桁架、铝合金桁架、木质桁架等。

桁架具有以下特点：
1.结构简单，便于加工和安装
2.刚度大，稳定性好
3.抗弯、抗扭能力强
4.节省材料，减轻自重
桁架适用范围广泛，具体场景包括：
1.建筑领域：如展览馆、体育场馆、机场航站楼等大型建筑的屋盖结构
2.机械设备：如风力发电机、塔吊、输送设备等
3.桥梁工程：如公路桥梁、铁路桥梁、人行天桥等
4.航空航天：如飞行器、卫星、火箭等结构件
5.其他领域：如舞台背景、户外广告、临时建筑等
在我国，桁架的应用实例丰富多样，如2008 年北京奥运会的主场馆“鸟巢”就采用了钢材桁架结构。

此外，在高铁站、大型购物中心、展览馆等建筑中，桁架结构也得到了广泛应用。

随着科技的进步和新型建筑材料的研究开发，桁架结构在未来的发展趋势中将面临更多的挑战，如如何在保证结构安全的前提下，提高材料性能、降低成本、缩短施工周期等。

此外，绿色建筑和可持续发展理念的推广，也对桁架的环保性能提出了更高的要求。

2D四杆桁架结构的有限元分析实例2D四杆桁架结构是一种常见的结构形式，广泛应用于工程领域。

在进行结构设计和分析时，有限元分析是一种常用的方法，可以对结构进行力学性能和应力分布的分析。

下面将以一个具体的例子来介绍2D四杆桁架结构的有限元分析。

```A*/\/\/\*-------*BC```该桁架结构由四根杆件构成，材料为钢，杆件截面可视为圆形。

假设桁架结构的高度为H，宽度为W，杆件的直径为D，且杆件AB和BC的长度为L。

首先，我们需要将该桁架结构离散为有限元网格。

可以采用等距离离散方法，在杆件AB上取N个节点，在杆件BC上取M个节点。

每个节点的坐标可以通过计算得到。

接下来，我们需要确定边界条件。

假设桁架结构的支座在节点A和C 处。

我们可以将节点A和C固定，即其位移为零，这是考虑到节点A和C作为支座点不会产生水平和竖直的位移。

然后，我们需要为杆件的材料属性和截面属性建立数学模型。

假设桁架结构的钢材的弹性模量为E，泊松比为ν。

另外，我们需要确定杆件的截面半径r。

接下来，我们需要确定桁架结构的荷载。

假设在节点B作用一个竖直向下的荷载P。

这个荷载会使得杆件AB和杆件BC受到拉力。

然后，我们可以使用有限元软件进行计算。

在计算中，我们可以采用线性弹性模型进行计算，即假设所有杆件在加载之前是弹性的。

在计算中，我们可以使用有限元方法对每个单元进行力学性能和应力分布的分析。

可以使用线性弹性有限元方法，如直接刚度法或变分法等。

在计算得到每个单元的力学性能和应力分布后，我们可以进一步分析整个桁架结构的强度和刚度。

可以计算整个结构的位移、载荷和应力等。

最后，我们可以通过对结果进行后处理和分析，来评估桁架结构的性能和稳定性。

可以计算结构的应力、变形和应变等。

综上所述，2D四杆桁架结构的有限元分析可以通过离散桁架结构为有限元网格，确定边界条件、材料和截面属性，施加荷载，并使用有限元软件进行计算。

通过对每个单元的力学性能和应力分布进行分析，并综合整个结构的性能和稳定性，可以得到结构的位移、载荷和应力等信息。

202. 桁架分析概述通过下面的例题，比较内部1次超静定桁架和内、外部1次超静定桁架两种结构在制作误差产生的荷载和集中力作用时结构的效应。

图 2.1 分析模型Ø 材料钢材类型 : Grade3内部1次超静内、外部1次超静定制作误差5mm制作误差5mmØ截面数据 : 箱形截面 300×300×12 mmØ荷载1. 节点集中荷载 : 50 tonf2. 制作误差 : 5 mm à预张力荷载(141.75 tonf)P = K d = EA/L x d = 2.1 x 107 x 0.0135 / 10 x 0.005 = 141.75 tonf设定基本环境打开新文件以‘桁架分析.mgb’为名存档。

设定长度单位为‘m’, 力单位为‘tonf’。

文件/保存( 桁架分析 )工具 / 单位体系长度 > m ; 力> tonf¿图 2.2 设定单位体系21设定结构类型为 X-Z 平面。

模型/ 结构类型结构类型 > X-Z 平面¿定义材料以及截面构成桁架结构的材料选择Grade3（中国标准），截面以用户定义的方式输入。

模型 / 特性/截面数据库/用户截面号( 1 ) ; 形状 > 箱形截面 ;名称(300x300x12 ) ; 用户（如图2.4输入数据）¿图2.3 定义材料图 2.4 定义截面2223建立节点和单元首先建立形成下弦构件的节点。

捕捉轴线 (关)捕捉单元(开)建立节点坐标系 (x , y, z ) ( 0, 0, 0 ) ¿图 2.5 建立节点用扩展单元功能建立桁架下弦。

单元类型为桁架单元。

²模型 / 单元 /全选扩展类型 > 节点à线单元单元属性 > 单元类型 > 桁架单元材料>1: Grade3 ; 截面>1: 300x300x12 ; Beta 角( 0 )一般类型 > 复制和移动 ; 复制和移动 > 等距离dx, dy, dz ( 6, 0, 0 ) ; 复制次数( 3 )¿图 2.6 建立下弦X Z²参考在线用户手册的“单元类型”的“框架单元”部分24复制下弦建立桁架上弦。

某工程钢筋桁架楼承板和组合梁工程实例分析摘要：钢筋桁架楼承板和钢-混凝土组合梁在实际工程中的应用越来越广泛，本文结合工程实例对钢筋桁架楼板和组合梁设计方法进行介绍，并对组合梁与普通钢梁经济性进行比较，最后对钢筋桁架楼板和组合梁的设计方法及注意事项进行总结，给类似工程提供借鉴和参考。

关键词：钢筋桁架楼板钢——混凝土组合梁经济性比较1 概述钢筋桁架楼承板从楼承板迭代而来，上世纪80年代随着国内高层钢结构的发展，钢承板被从国外引入，从最初的开口楼承板到后来的闭口楼承板，再发展到现在的钢筋桁架楼承板，钢筋桁架楼承板在建筑领域得到了越来越多的应用。

钢筋桁架楼承板在工厂将钢筋加工成桁架，钢筋桁架与底模焊接成整体组合结构，能在施工阶段承受自身混凝土重量及施工荷载，无需额外的混凝土模板，是否设置临时支撑视实际情况而定。

钢筋桁架楼承板采用工厂加工，现场安装施工，有效减少了现场施工工作量，提高了施工进度，降低现场人工成本，符合国家推行的建筑装配化方向。

生产实现了机械化，有利于钢筋排列间距均匀、混凝土保护层厚度一致，提高了楼板的施工质量。

钢筋桁架楼承板可显著减少现场钢筋绑扎工程量，可减少现场钢筋绑扎工作量70%左右，明显加快施工进度，增加施工安全保证，实现文明施工。

钢筋桁架楼承板横剖面及支座钢筋示意图钢筋桁架楼承板分为设临时支撑和不设临时支撑两种情况，设临时支撑时与普通混凝土楼板基本相同；不设临时支撑时，混凝土凝固前，混凝土重量、钢筋桁架楼承板和施工荷载全由钢筋桁架承受。

混凝土的凝固过程是在钢筋桁架楼承板变形下进行的，楼承板自重不会使板底混凝土产生拉应力，除楼板自重外的恒荷载和活荷载才使板底产生拉应力，故楼板开裂延迟，楼板的刚度比普通现浇混凝土楼板大。

在使用阶段，钢筋桁架上下弦和混凝土共同工作。

作为底模的压型钢板厚度较薄，而且一般不进行防火处理，所以计算时不考虑钢板的作用，但正常使用情况下，钢板增加了楼板的刚度，改善了楼板下部混凝土的受力性能。

实例1 桁架桥结构静力分析1)问题描述：本题是一个传统的桁架桥结构受重力荷载（节点荷载）的作用的静力分析，如图所示。

主要演示OpenSEES桁架单元在结构分析中的应用。

结构模型尺寸如下图所示，上弦杆与下弦杆采用H300x500x20x20型钢，所有的腹杆（斜杆）采用H300x300x15x15，顶部采力为4个100kN的集中力（不考虑自重影响），材料采用钢材，弹性模量E为200000MPa。

弹性分析，求解跨中变形值。

注意：本题开始就采用3D分析系统，不再采用2D分析系统，主要因为3D分析系统已包括2D的分析内容，用户可以举一反三了解2D问题的分析。

本书主要探讨OpenSEES的分析功能及操作使用，不会拘泥于建模的细节，如节点坐标的计算，单元连接的编排。

因此本书主要的建模会依靠笔者开发的ETO程序（ETABS TO OPENSEES）及ETABS程序进行建模，于是这里会谈及ETABS的一些简单操作。

通过ETABS进行建模，再导成OPENSEES的命令流，通过命令流介始OPENSEES实例结构分析的整个过程。

2)ETABS模型建模（1） 采用ETABS的可视化界面进行OpenSEES的建模。

打开ETABS程序，根据结构模型输入轴网的数据。

如下图所示。

选择Grid Only进行轴网建模，输入参数后只得到系统的轴网即可。

图轴网输入界面图 ETABS显示的轴网系统（2） 点击菜单【Define】→【Material Properties】输入材料参数，点击材料STEEL，将其参数弹性模量（Modulus of Elasticity）改为200000MPa即可。

注意：弹性材料的参数比较简单，一般只需要输入弹性模量E与泊松比μ，而剪切模量就通过弹性模量与泊松比计算得到。

非线性（弹塑性）材料的参数就比较复杂，以后面的章节会进行介绍。

图 ETABS材料定义（3） 点击菜单【Define】→【Frame Sections】输入截面参数。

3.4静定平面桁架教学要求掌握静定平面桁架结构的受力特点和结构特点，熟练掌握桁架结构的内力讣算方法一一结点法、截面法、联合法3.4.1桁架的特点和组成3.4.1.1静定平面桁架桁架结构是指若干直杆在两端较接组成的静左结构。

这种结构形式在桥梁和房屋建筑中应用较为广泛，如南京长江大桥、钢木屋架等。

实际的桁架结构形式和各杆件之间的联结以及所用的材料是多种多样的，实际受力情况复杂，要对它们进行精确的分析是困难的。

但根据对桁架的实际工作情况和对桁架进行结构实验的结果表明，由于大多数的常用桁架是由比较细长的杆件所组成，而且承受的荷载大多数都是通过其它杆件传到结点上，这就使得桁架结点的刚性对杆件内力的影响可以大大的减小，接近于钱的作用，结构中所有的杆件在荷载作用下，主要承受轴向力，而弯矩和剪力很小，可以忽略不计。

因此，为了简化汁算，在取桁架的计算简图时，作如下三个方而的假左:（1）桁架的结点都是光滑的钱结点。

（2）各杆的轴线都是直线并通过绞的中心。

（3）荷载和支座反力都作用在较结点上。

通常把符合上述假左条件的桁架称为理想桁架。

3.4.1.2桁架的受力特点桁架的杆件只在两端受力。

因此，桁架中的所有杆件均为二力杆。

在杆的截而上只有轴力。

3.4.1.3桁架的分类（1）简单桁架：由基础或一个基本钱接三角形开始，逐次增加二元体所组成的几何不变体。

（图3-14a）（2）联合桁架：由几个简单桁架联合组成的几何不变的狡接体系。

（图3-14b）（3）复杂桁架：不属于前两类的桁架。

（图3-14c）3.4.2桁架内力计算的方法桁架结构的内力计算方法主要为：结点法、截而法、联合法结点法一一适用于计算简单桁架。

截而法一一适用于计算联合桁架、简单桁架中少数杆件的计算。

联合法一一在解决一些复杂的桁架时，单独应用结点法或截而法往往不能够求解结构的内力，这时需要将这两种方法进行联合应用，从而进行解题。

解题的关键是从几何构造分析着手，利用结点单杆、截而单杆的特点，使问题可解。

结构力学桁架内力计算例题1. 引言嘿，朋友们，今天咱们来聊聊一个听上去有点儿“高大上”的话题——结构力学中的桁架内力计算。

乍一听，可能觉得有点儿难度，不过别担心，咱们一起轻松愉快地搞定它！你知道吗？其实桁架就像是搭积木，只要你掌握了基本的搭建规则，就能建造出稳固又美丽的结构。

想象一下，当你在阳光下看到那一座座完美的桥梁，心里是不是充满了自豪感呢？2. 桁架的基本概念2.1 什么是桁架？好，首先我们得知道桁架到底是什么。

简单来说，桁架就是一种由杆件组成的结构，通过这些杆件之间的连接来承受外力。

就像是你小时候搭的乐高，一根根小棒搭起来，既坚固又美观。

它的工作原理也很简单，主要就是通过这些杆件的受力来分担负荷。

2.2 桁架的应用桁架可不是只在课本上出现的，它在我们的生活中随处可见。

比如那些大桥、屋顶、甚至是一些高楼的支撑架，都是桁架的身影。

它们在阳光下闪闪发光，仿佛在向我们展示它们的“肌肉”，多么厉害！你有没有想过，如果没有这些桁架，生活会变得多么不方便？所以，桁架可真是我们的好朋友。

3. 内力计算的步骤3.1 确定荷载接下来，咱们就要开始内力计算啦！首先，得确定荷载。

这一步就像是上天给你安排了一场运动会，得清楚每个项目的比赛规则。

荷载可以是静态的，也可以是动态的。

举个例子，假设我们有一个横跨河流的桥，车子在上面开来开去，风吹雨打，这些都是需要考虑的荷载。

3.2 分析结构然后，我们就要进行结构分析啦。

这一步是最关键的，像是给桁架做一次“体检”。

咱们得找出各个杆件的受力情况。

常见的计算方法有平衡法和切割法。

简单来说，平衡法就像是让你在翘翘板上保持平衡，而切割法则是把桁架分成小块儿，逐一分析。

4. 计算实例4.1 示例介绍好了，来点实战吧！假设我们有一个简单的三角桁架，底边长10米，两边的高度各为5米。

中间有一个荷载是1000牛顿。

大家别担心，这个荷载就像是朋友在你肩上拍了一下，不重，咱们来看看怎么分担它。