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第9章桁架和梁的有限元分析第1节基本知识一、桁架和梁的有限元分析概要1．桁架杆系的有限元分析概要桁架杆系系统的有限元分析问题是工程中最常见的结构形式之一，常用在建筑的屋顶、机械的机架及各类空间网架结构等多种场合。
桁架结构的特点是，所有杆件仅承受轴向力，所有载荷集中作用于节点上。
由于桁架结构具有自然离散的特点，因此可以将其每一根杆件视为一个单元，各杆件之间的交点视为一个节点。
2．梁的有限元分析概要梁的有限元分析问题也是是工程中最常见的结构形式之一，常用在建筑、机械、汽车、工程机械、冶金等多种场合。
梁结构的特点是，梁的横截面均一致，可承受轴向、切向、弯矩等载荷。
根据梁的特点，等截面的梁在进行有限元分析时，需要定义梁的截面形状和尺寸，用创建的直线代替梁，在划分网格结束后，可以显示其实际形状。
二、桁架和梁的常用单元桁架和梁常用的单元类型和用途见表９-1。
通过对桁架和梁进行有限元分析，可得到其在各个方向的位移、应力并可得到应力、位移动画等结果。
第2节 桁架的有限元分析实例一、案例1——2D 桁架的有限元分析图9-1 人字形屋架的示意图 问题人字形屋架的几何尺寸如图9-1所示。
杆件截面尺寸为0.01m 2，试进行静力分析，对人字形屋架进行静力分析，给出变形图和各点的位移及轴向力、轴力图。
条件人字形屋架两端固定，弹性模量为2.0×1011 N/m 2，泊松比为0.3。
解题过程制定分析方案。
材料弹性材料，结构静力分析，属2D 桁架的静力分析问题，选用Link1单元。
建立坐标系及各节点定义如图9-1所示，边界条件为1点和5点固定，6、7、8点各受1000 N 的力作用。
1．ANSYS 分析开始准备工作（1）清空数据库并开始一个新的分析 选取Utility>Menu>File>Clear & Start New ，弹出Clears database and Start New 对话框，单击OK 按钮，弹出Verify 对话框，单击OK 按钮完成清空数据库。
大跨度屋顶钢桁架分解成榀加工组装连接、每榀屋架依次滑移连接就位施工工法大跨度屋顶钢桁架分解成榀加工组装连接、每榀屋架依次滑移连接就位施工工法一、前言大跨度屋顶钢桁架是一种常见的结构形式，主要用于大跨度的建筑结构中。
传统的施工工法由于钢结构体积庞大，搬运困难，施工过程复杂，造成了施工效率低下和安全风险高的问题。
因此，本文将介绍一种新的施工工法，即大跨度屋顶钢桁架分解成榀加工组装连接、每榀屋架依次滑移连接就位施工工法。
二、工法特点该工法的特点是将大跨度屋顶钢桁架分解成若干榀进行加工组装，通过屋架滑移的方式依次将每榀屋架连接就位。
这种工法具有操作简便、施工效率高、安全风险低的特点。
三、适应范围该工法适用于大跨度屋顶钢桁架的施工，特别适用于高度限制较低、桁架分解后能够满足运输要求的场合。
四、工艺原理该工法的工艺原理是，首先将大跨度屋顶钢桁架分解成若干个榀，经过加工和组装后，每榀屋架依次滑移到设计位置，最后通过连接等工序完成整个桁架的施工组装。
五、施工工艺1. 钢结构分解：将大跨度屋顶钢桁架分解成若干个榀。
2. 加工和组装：对每个榀进行加工和组装，确保质量和尺寸满足设计要求。
3. 屋架滑移：通过专用设备将每榀屋架依次滑动到指定位置。
4. 连接施工：连接每榀屋架，保证其稳定性和整体性。
5. 完成验收：对施工的大跨度屋顶钢桁架进行验收，确保达到设计和质量要求。
六、劳动组织1. 施工队伍：包括梁架组装、连接、滑移等工人。
2. 施工管理：负责施工计划、材料供应和施工进度等管理工作。
七、机具设备1. 施工机具：包括钢结构拆解设备、加工设备、组装设备和滑移设备等。
2. 施工辅助设备：包括起重设备、运输设备和检测设备等。
八、质量控制 1. 施工过程质量控制：包括材料质量控制、加工质量控制和组装质量控制等。
2. 施工现场质量检验：通过现场检测和检验确保施工质量达到设计要求。
九、安全措施1. 施工现场安全：设置临时围护网、防护设施和安全标识等，确保施工现场安全。
桁架结构体系在本小节中我们要给大家介绍桁架结构体系的组成、优缺点及适用范围；桁架结构体系的合理布置原则及及受力特点。
桁架结构组成:一般由竖杆，水平杆和斜杆组成（图1-23）。
图1－23 桁架结构在房屋建筑中，桁架常用来作为屋盖承重结构，这时常称为屋架。
用于屋盖的桁架体系有两类：（1）平面桁架，用于平面屋架；（2）空间桁架，用于空间网架。
这两类桁架的共同特点是它们都由一系列只受同向拉力或压力的杆件连接而成。
作为桁架结构的整体来说，它们在荷载作用下受弯、受剪；但作为桁架结构中的杆件来说，只承受轴向力，不承受弯矩、剪力和扭矩。
桁架结构的最大特点是，把整体受弯转化为局部构件的受压或受拉，从而有效地发挥出材料的潜力并增大结构的跨度。
桁架结构受力合理、计算简单、施工方便、适应性强，对支座没有横向推力，因而在结构工程中得到了广泛的应用。
屋架的主要缺点是结构高度大，侧向刚度小。
结构高度大，增加了屋面及围护墙的用料，同时也增加了采暖、通风、采光等设备的负荷，并给音响控制带来困难。
侧向刚度小，对于钢屋架特别明显，受压的上弦平面外稳定性差，也难以抵抗房屋纵向的侧向力，这就需要设置支撑。
桁架是较大跨度建筑的屋盖中常用的结构型式之一。
在一般情况下，当房屋的跨度大于18m时，屋盖结构采用桁架比梁经济。
屋架按其所采用的材料区分，有钢屋架、木屋架、钢木屋架和钢筋混凝土屋架等。
钢筋混凝土屋架当其下弦采用预应力钢筋时，称为预应力钢筋混凝土屋架。
目前，我国预应力钢筋混凝土屋架的跨度已做到60多米，钢屋架的跨度已做到70多米。
一、桁架结构的型式与受力特点屋架结构的型式很多:（1）按屋架外形的不同，有三角形屋架、梯形屋架、抛物线屋架、折线型屋架、平行弦屋架等。
（2）根据结构受力的特点及材料性能的不同，也可采用桥式屋架、无斜腹杆屋架或刚接桁架、立体桁架等。
我国常用的屋架有三角形、矩形、梯形、拱形和无斜腹杆屋架等多种型式，见图1-24。
图1-24常用的屋架型式（a）三角形屋架（b）平行弦屋架（矩形）（c）梯形屋架（再分式）（d）拱形屋架（e）下撑式屋架（f）无斜腹杆屋架尽管桁架结构中以轴力为主，其构件的受力状态比梁的结构合理，但在桁架结构各杆件单元中，内力的分布是不均匀的。
