從力學(xué)方面分析,桁架外形與簡支梁的彎矩圖相似時,上下弦桿的軸力分布均勻,腹桿軸力小,用料??;從材料與制造方面分析,木桁架做成三角形,鋼桁架采用梯形或平行弦形,鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土桁架為多邊形或梯形為宜。
桁架的高度與跨度之比,通常,立體桁架為1/12~1/16,立體拱架為1/20~1/30,張拉立體拱架為1/30~1/50,在設(shè)計手冊和規(guī)范中均有具體規(guī)定。桁架的使用范圍很廣,在選擇桁架形式時應(yīng)綜合考慮桁架的用途、材料和支承方式、施工條件,其形式的選擇原則是在滿足使用要求前提下,力求制造和安裝所用的材料和勞動量為小。
桁架橋
1、桁架橋是橋梁的一種形式。
2、桁架橋一般多見于鐵路和高速公路;分為上弦受力和下弦受力兩種。
3、桁架由上弦、下弦、腹桿組成;腹桿的形式又分為斜腹桿、直腹桿;由于桿件本身長細比較大,雖然桿件之間的連接可能是“固接”,但是實際桿端彎矩一般都很小,因此,設(shè)計分析時可以簡化為“鉸接”。簡化計算時,桿件都是“二力桿”,承受壓力或者拉力。
4、由于橋梁跨度都較大,而單榀的桁架“平面外”的剛度比較弱,因此,“平面外”需要設(shè)置支撐。設(shè)計橋梁時,“平面外”一般也是設(shè)計成桁架形式,這樣,橋梁就形成雙向都有很好剛度的整體。
5、有些橋梁橋面設(shè)置在上弦,因此力主要通過上弦傳遞;也有的橋面設(shè)置在下弦,由于平面外剛度的要求,上弦之間仍需要連接以減少上弦平面外計算長度。
6、桁架的弦桿在跨中部分受力比較大,向支座方向逐步減小;而腹桿的受力主要在支座附件,在跨中部分腹桿的受力比較小,甚至有理論上的“零桿”。
房屋建筑用的桁架,一般僅進行靜力計算;對于風(fēng)力、地震力、運行的車輛和運轉(zhuǎn)的機械等動荷載,則化為乘以動力系數(shù)的等效靜荷載進行計算;特殊重大的承受動荷載的桁架,如大跨度橋梁和飛機機翼等,則需按動荷載進行動力分析(見荷載)。
平面桁架一般按理想的鉸接桁架進行計算,即假設(shè)荷載施加在桁架節(jié)點上(如果荷載施加在節(jié)間時,可按簡支梁換算為節(jié)點荷載),并和桁架的全部桿件均在同一平面內(nèi),桿件的重心軸在一直線上,節(jié)點為可自由轉(zhuǎn)動的鉸接點。理想狀態(tài)下的靜定桁架,可以將桿件軸力作為未知量,按靜力學(xué)的數(shù)解法或圖解法求出已知荷載下桿件的軸向拉力或壓力(見桿系結(jié)構(gòu)的靜力分析)。
工程用的桁架節(jié)點,一般是具有一定剛性的節(jié)點而不是理想的鉸接節(jié)點,由于節(jié)點剛性的影響而出現(xiàn)的桿件彎曲應(yīng)力和軸向應(yīng)力稱為次應(yīng)力。計算次應(yīng)力需考慮桿件軸向變形,可用超靜定結(jié)構(gòu)的方法或有限元法求解。
空間桁架由若干個平面桁架所組成,可將荷載分解成與桁架同一平面的分力按平面桁架進行計算,或按空間鉸接桿系用有限元法計算。