桁架结构静力测试

平面桁架系统静力分析

已知：桁架结构如图，节点D作用载荷F，a=30cm，b=50cm，各杆横截面均为正方形，横截面积A=1cm2，材料为45#钢，外载荷F=2000N。

要求：给出有限元软件分析的主要步骤、参数设置，加载前后变形图，轴力及轴向应力图；并利用材料力学知识求出解析解，与有限元结果对比。

图一：桁架结构

1、先在workbench中进行建模.

2、在concept中点击line from sketches，选择画好的草图，generate生成，然后生成截面形状，在concept（cross section中）选为矩形rectangular，details view中设置截面尺寸，生成截面，如下图。3、点击结构树中line body， details view中设置cross

section为画好的rect2，点击generate生成line body，如下图。

4、添加材料参数，在engineering data中添加新材料，45号钢密度为7890 kg/m3，杨氏模量为209GPa，泊松比比为0.269。更新model并打开，点击结构树中的line body，在details view中的assignment中添加45号钢。

5、网格划分，点击mesh，修改网格尺寸，此处设置为5mm生成后如下图。

6、施加约束和载荷，在static structural中insert下添加fixed support和fixed rotation，在最上部的节点处施加载荷，如下图。

7、添加分析项，在solution中insert下加入轴力，变形，和轴向应力图（beam tool中），然后进行solution，如下图。

图1-1 加载前后变形图

图1-2 轴力图

图1-3 轴向应力图

由材料力学分析知：最大轴向力为884.56N，最小轴向力为650.41N，最大位移为0.02106mm,最大轴应力8.8MPa,最小轴应力6.5MPa。由ANSYS分析知：最大轴向力为884.5N，最小轴向力为650.37N，最大位移发生在三杆铰接处，为0.02116mm,最大轴应力8.845MPa，最小轴应力6.5037MPa。

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 analysis

Abstract ：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; structure

1. 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

第３８卷第２５期　２　０　１　２年９月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩｒｒＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．２５　Ｓｅｐ．　２０１２　・３９・　文章编号：１００９—６８２５（２０１２）２５—００３９—０２　钢管一混凝土组合桁架结构的静力分析　贾航　黄勇　谢钦　（贵州Ｉ大学土木建筑工程学院，贵州贵阳５５００２５）　摘要：提出了钢管一混凝土组合桁架形式，为研究该类结构的静力特性，对组合桁架与普通桁架分别建立有限元分析模型，并应　用ＡＮＳＹＳ对其进行了对比分析。研究结果表明，组合桁架的内力分布均匀，能较好的发挥材料强度，具有抗弯刚度大的特点；对　两端简支的组合桁架，其两端腹杆轴力较大，跨中腹杆轴力较小（几乎为零），与实腹梁受剪性能相似；下弦杆受拉，上弦混凝土板　代替上弦杆受压，能充分利用混凝土受压和钢材受拉的材料性能。　关键词：组合桁架，钢管，ＡＮＳＹＳ分析，节点构造　中图分类号：ＴＵ３１１．１　文献标识码：Ａ　０　引言　钢管一混凝土桁架组合结构是由钢管与混凝土组成的一种　结构。学者对组合桁架结构的研究已有很多，如文献［１］指出，正　常使用情况下，钢一混凝土组合桁架的工作特征表现为弹性性　能，继续加载至极限荷载９５％时，试件由于斜腹杆的屈曲而破坏，　组合桁架的截面突变仍然基本上符合平截面假设。文献［２］提　出，普通桁架杆件之问假定为铰接，忽略节点刚度的影响，不计次　应力对杆件内力所引起的变化，另外，模型试验和工程实践都已　表明，铰接是完全许可的。　钢—混凝土组合桁架方面的研究已趋于完善。但是钢一混　凝土组合结构一般适用于桥梁和重型屋面结构，而不适用于轻型　屋面结构。针对轻型屋面，本文提出用钢管代替下弦及腹杆处的　型钢，并且去掉桁架的上弦杆，而用混凝土板直接来做上弦。本　文主要就是对这种改进的组合桁架运用ＡＮＳＹＳ建立模型，对其　进行静力分析，为其工程应用和理论分析提供依据。　１　钢管一混凝土组合桁架的构造和特点　１．１　钢管一混凝土组合桁架的构造　钢管一混凝土组合桁架上弦没有采用钢管，而是用混凝土板　取代上弦杆来承担压力，混凝土板与腹杆的连接是通过钢垫板来　传递的，钢垫板与腹杆焊接，混凝土板与钢垫板之间通过抗剪连　接件连接。钢管一混凝土组合桁架上弦节点构造示意图如图１　所示。　图１钢管一混凝土组合桁架上弦节点构造示意图　１．２钢管一混凝土组合桁架的特点　钢管一混凝土组合桁架结构用混凝土板代替彩钢板或玻璃　等作为围护结构，同时混凝土板代替上弦杆而受压。这样混凝土　不仅可以取代上弦杆充分地发挥其抗压强度，还可以取代大量的　面外支撑杆，并且对桁架起到面外支撑的作用。　这种结构将充分发挥钢材受拉和混凝土受压的有利条件，使　两种不同材料充分发挥各自强度优势；同时由于上弦的混凝土参　收稿日期：２０１２—０６—２７　作者简介：贾航（１９８７一），男，在读硕士　与工作，所以结构的抗弯刚度会大大的提高，抗震性能也会有所　提高。　２算例设计与分析方法　２．１　算例设计　本文以某场馆为例进行分析，建筑平面为矩形，尺寸为２０　ｍ×　２４　ｍ，柱网为８　ｍ×２０　ｍ，桁架间距为２．０　ｍ，桁架与边梁铰接处　理。桁架部分全部采用方钢管，其中桁架的下弦杆采用截面尺寸　为１００　ｍｍ×１００　ｍｍ、壁厚为８　ｍｍ的方形钢管，腹杆采用截面尺　寸为８０　ｍｍ×８０　ｍｍ、壁厚为８　ｍｌｎ的方形钢管。混凝土板翼板的　宽度根据文献［６］中组合梁翼缘宽度的取法取为２　ｍ，板厚根据文　献［３］取为８０　ｍｍ，桁架高度根据文献［３］取为１．４　ｍ。一榀桁架　立面图如图２所示。　钢管桁架　混凝土板　２　ｏｏｏ．２　ｏｏｏ．２　ｏｏｏ．２　ｏｏｏ，２　ｏｏｏ　图２钢管一混凝土组合桁架一榀桁架立面示意图　２．２分析方法　建立有限元模型，采用杆单元来模拟桁架下弦杆和腹杆。对　于混凝土板，由于其纵向和横向的尺寸都远大于竖向尺寸，故采　用板单元模拟。应用ＡＮＳＹＳ建立有限元模型，采用Ｌｉｎｋ８单元模　拟桁架的下弦杆和腹杆，采用Ｓｈｅｌｌ６３单元模拟混凝土板。　本文仅选取一榀桁架进行分析。混凝土强度等级取为Ｃ３０，　弹性模量取３．０，泊松比取０．２。钢管采用Ｑ２３５级钢，弹性模量　取２．０６，泊松比取０．３。桁架两端铰接，混凝土板与腹杆通过合并　节点来自动耦合，板的两侧边采用对称约束。建模时不考虑结构　材料自重，而是把自重换算为恒载直接加在结构上。网格划分　时，桁架部分各杆件自身作为一个单元，混凝土部分划为正方形　单元，尺寸大小为０．５　ｍ×０．５　ｍ，有限元模型如图３所示。

・ｌ７０・　第３８卷第３期　２　０　１　２年１月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．３　Ｊａｎ．　２０１２　

・桥梁・隧道・　

文章编号：１００９—６８２５（２０１２）０３—０１７０—０２　

钢桁架桥静力分析及地震荷载响应分析　

崔锴　

摘要：在有限元分析软件ＡＮＳＹＳ环境下，对建立的有限元模型某钢桁架桥的桥体在静力的作用下进行节点的位移分　

析。同时，在该桥体侧向施加地震谱，分析该结构的地震荷载响应，并得出一些结论。　关键词：钢桁架桥，有限元分析，节点位移，地震荷载　

中图分类号：Ｕ４４１　文献标识码：Ａ　

１　工程概况　

该下承式简支钢桁架桥长为７２　ｍ，每个节段为１２　ｍ，宽为１２　ｍ，　

高２０　ｍ，桥的面板为０．４５　ｍ厚的混凝土板。该桥的端斜杆、上下　

弦、腹杆及横向连接杆均为工字型钢。钢桁架桥简图见图１。　

／　＼　／　＼　／　＼　

图１钢桁架桥简图　

２建立有限元模型——钢桁架桥　

２．１　桁架结构的特点　

各杆件受力均以单向拉、压为主，通过对上下弦杆和腹杆的　

合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布。由于水平方向的　

拉、压内力实现了自身平衡，整个结构不对支座产生水平推力。　

结构布置灵活，应用范围非常广。根据桁架结构的特点，在ＡＮ—　

ＳＹＳ中，钢桁架结构用Ｂｅａｍ系列单元模拟，混凝土结构用Ｓｈｅｌｌ　

单元分析。　２．２建立有限元模型　

依照表１的材料属性及图１的数据，建立有限元模型如图２　

所示。　表１材料参数　

参数　钢材　混凝土　弹性模量ＥＸ　２．１×１０ｎ　３．５×１０ｌｏ　泊松比ＰＲＸＹ　０．３　０　１６７　７　密度ＤＥＮＳ　７　８５０　２　５００　

图２有限兀模型　３静力分析　

在模型的中心节点分别施加５Ｏ　ｋＮ的垂直向下的力，在该荷　

载的作用下，钢桁架桥的内力图和节点位移图分别如图３，图４所　

示。根据图３可知，内力最大值在桥的腹部中心处附近，从图４中　

可看到，桥中央处的节点位移最大，向下的偏移最明显，即挠度最