CN105302938A - 一种组装式桁架内力计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种组装式桁架内力计算方法，采用软件建立跨度组装式桁架模型，输入上弦单位均布荷载，确定支座边界条件，进行内力分析，分别输出组装式桁架自重及单位均布荷载作用下的轴力、剪力、弯矩、挠度位移。创建单位均布荷载作用下的轴力、剪力、弯矩、挠度位移计算图表；桁架自重作用下的轴力、剪力、弯矩、挠度位移计算图表，利用图表的形式将计算结果，标注在杆件、节点相应位置，更直观的表现出来。

Description

一种组装式桁架内力计算方法

技术领域

本发明属于施工技术领域，涉及一种组装式桁架模板支撑设计中组装式桁架内力计算方法及数学模型。

背景技术

组装式桁架内力计算是组装式桁架模板支撑设计中最基础的技术工作，是组装式桁架模板支撑设计的关键所在。桁架单元及构配件组装工况是依据行业产品标准进行的，在产品设计时已考虑了单跨最大组装跨度及相应最大荷载。在工程实际应用时应结合工程轴线跨度，将不同桁架单元及配件组装成相应长度的组装式桁架。因工程施工安全要求，还应对组装完毕的整体桁架进行承载力验算，包括拉杆强度验算、压(弯)杆稳定强度验算、单元桁架拼装节点承载力验算。承载力验算前应获得组装式桁架在恒、活荷载标准值作用下的内力，根据相关规范规定将恒、活载标准值作用下的内力组合成轴力、剪力、弯矩设计值进行相关验算。

桁架结构是指若干直杆组成的静定结构，这种结构形式在桥梁和房屋建筑中应用较为广泛，桁架结构的手工内力计算方法主要由结点法、截面法和联合法。

上述内力的计算方法作量大，要求有较深的力学知识，工程实际应用中众多技术人员采用多种力学软件计算，计算的结果并非用图表的形式显示内力结果，施工单位工程技术人员计算软件掌握能力和业务素质不一，并且每次施工都需再次使用软件计算，无法重复使用计算分析后的结果，计算工作量大且易导致各种内力计算出现偏差，易引发工程安全事故。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种组装式桁架内力计算方法，用于解决现有计算方法存在的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种组装式桁架内力计算方法，该方法将原来的众多技术人员软件计算方法改进为单位均布荷载作用内力图表的计算方法供技术人员使用。采用软件建立多种跨度组装式桁架模型，输入上弦单位均布荷载，确定支座边界条件，进行内力分析，分别输出组装式桁架自重及单位均布荷载作用下的轴力、剪力、弯矩、挠度位移。创建单位均布荷载作用下的轴力、剪力、弯矩、挠度位移计算图表；桁架自重作用下的轴力、剪力、弯矩、挠度位移计算图表，利用图表的形式将计算结果，标注在杆件、节点相应位置，更直观的表现出来。

其计算方法公式表达为：

1、永久荷载作用下杆件内力标准值

N_Gk＝k_G1+k₁q

V_Gk＝k_G2+k₂q

M_Gk＝k_G3+k₃q

2、可变荷载作用下杆件内力标准值

N_Qk＝k₁q

V_Qk＝k₂q

M_Qk＝k₃q

式中：N_Gk、V_Gk、M_Gk——分别为水平桁架杆件在不包括桁架自重永久荷载作用下产生的轴力、剪力、弯矩标准值；

N_Qk、V_Qk、M_Qk——分别为水平桁架杆件在可变荷载作用下产生的轴力、剪力、弯矩标准值；

k_G1、k_G2、k_G3——分别为水平桁架自重产生的各杆件轴力、剪力、弯矩标准值，

k₁、k₂、k₃——分别为在水平桁架上弦单位均布荷载作用下产生的各杆件轴力、剪力、弯矩标准值；

q——作用在水平桁架上弦的均布荷载标准值(kN/m)。

3、水平桁架最大挠度应符合下式规定：

υ_G，max+υ_maxq≤a_f，lim

式中：υ_G，max——水平桁架自重作用下多节点挠度最大值(mm)；

υ_max——单位均布永久荷载作用下水平桁架多节点挠度最大值(mm)；

a_f，lim——水平桁架最大挠度限值。

如上所述，本发明的一种组装式桁架内力计算方法，具有以下有益效果：

提出用软件建立多种跨度组装式桁架模型，输入上弦单位均布荷载，确定边界条件，进行内力分析，分别输出组装式桁架自重及单位均布荷载作用下的轴力、剪力、弯矩、挠度位移图。创建单位均布荷载作用下的轴力、剪力、弯矩、挠度位移计算图表；桁架自重作用下的轴力、剪力、弯矩、挠度位移计算图表，利用图表的形式将计算结果标注在杆件、节点相应位置，更直观的表现出来。

工程施工人员根据数学模型可以快速计算各种内力，无需多人协作，普通技术人员可顺利得到内力值，保障桁架内力计算的准确性和及时性。

附图说明

图1为自重作用下轴力图。

附图2为单位力作用下轴力图。

附图3为荷载基本组合作用下各杆件轴力图。

附图4为荷载基本组合里作用下各杆件剪力图。

附图5为荷载基本组合作用下各杆件弯矩图。

附图6为q——作用在水平桁架上弦的均布荷载标准值示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，随图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1

现浇普通钢筋混凝土板厚为120mm，混凝土梁格5.1×5.1m，梁截面尺寸为0.25m×0.6m，跨数为单跨，楼层高度5.7m，模板系统面板采用竹胶板。

1、建立数学模型：在有限元软件界面建立多种跨度组装式桁架模型，输入上弦单位均布荷载，确定边界条件，进行内力分析，分别输出组装式桁架自重及单位均布荷载作用下的轴力、剪力、弯矩、挠度位移图；

2、建立图表：创建单位均布荷载作用下的轴力、剪力、弯矩、挠度位移计算图表；桁架自重作用下的轴力、剪力、弯矩、挠度位移计算图表，利用图表的形式将计算结果，标注在杆件、节点相应位置，更直观的表现出来。

3、水平桁架间距确定

桁架组装的基本跨度为4000mm，a＝100，混凝土梁跨度为5.1m，楼板厚度为120mm，初步确定选用桁架间距为600mm进行内力计算。

竖向桁架混合支撑的选择选用H＝5500mm工况。

4、荷载计算

本工程永久荷载标准值：

水平桁架承托荷载

模板自重：G₁＝0.3kN/m²×0.6m＝0.18kN/m

楼板新浇筑混凝土自重：G₂＝24kN/m³×0.12m×0.6m＝1.73kN/m

楼板钢筋自重：G₃＝1.1kN/m³×0.12m×0.6m＝0.08kN/m

按实际组装桁架工况计算水平桁架自重荷载标准值为0.15kN/m

水平桁架上永久荷载(不含桁架自重)标准值合计为：

G＝G₁+G₂+G₃＝0.45+2.59+0.12＝1.99kN/m

水平桁架上永久荷载(含桁架自重)标准值合计为：

G＝G₁+G₂+G₃＝0.45+2.59+0.12+0.15＝2.14kN/m

本工程可变荷载标准值：

水平桁架承托的施工活荷载标准：Q₁＝2.5kN/m²×0.6m＝1.5kN/m

判断荷载组合为永久荷载控制的组合还是由可变荷载控制的组合：

根据荷载规范按活荷载控制的基本组合的效应设计值为S_d＝1.2×2.14+1.4×1.5＝4.67kN/m

根据荷载规范按恒荷载控制的基本组合的效应设计值为S_d＝1.35×2.14+1.4×0.7×1.5＝4.36kN/m

由以上结果可知，该组合应为由可变荷载控制的效应组合，S_d＝4.67kN/m。

5、内力计算

基本跨度为4米，a值为100mm时，自重及单位力作用下的水平桁架各杆件轴力图：

图1自重作用下轴力图(kN)

图2单位力作用下轴力图(kN)

图3荷载基本组合作用下各杆件轴力图(kN)

图4荷载基本组合里作用下各杆件剪力图(kN)

图5荷载基本组合作用下各杆件弯矩图(kN·m)

图6q——作用在水平桁架上弦的均布荷载标准值(kN/m)

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (1)

1.一种组装式桁架内力计算方法，其特征是：采用软件建立跨度组装式桁架模型，输入上弦单位均布荷载，确定支座边界条件，进行内力分析，分别输出组装式桁架自重及单位均布荷载作用下的轴力、剪力、弯矩、挠度位移。创建单位均布荷载作用下的轴力、剪力、弯矩、挠度位移计算图表；桁架自重作用下的轴力、剪力、弯矩、挠度位移计算图表，利用图表的形式将计算结果，标注在杆件、节点相应位置，更直观的表现出来；其计算方法公式表达为：

1)永久荷载作用下杆件内力标准值

$N_{G_k}=k_{G1}+k_{1}q$

V_Gk＝k_G2+k₂q

$M_{G_k}=k_{G3}+k_{3}q$

2)可变荷载作用下杆件内力标准值

$N_{Q_k}=k_{1}q$

V_Qk＝k₂q

$M_{Q_k}=k_{3}q$

3)水平桁架最大挠度应符合下式规定：

υ_G，max+υ_maxq≤a_f，lim。