桁架内力分析

桁架的结构和应用

A. 通常桁架由三角形单元组合成整体结构，是几何不变系统 (见图10-1a)

图10-1  桁架型式

B. 由矩形单元组合成的桁架，要保证桁架承载而几何不变，则需做成能承担弯矩的刚性节点，杆件较粗大，均受弯矩和轴向力作用，这种结构称为空腹桁架 (见图10-1b)

C. 桁架主要分为轻型和重型两类。轻型桁架的杆件多为等截面的单腹式杆，用一节点板或不用节点板连接，重型桁架的杆件多为双腹式杆，需用两节点板连接，各节间的弦杆截面常不相等。轻型桁架用得最多，重型桁架适用于大跨度结构。

图10-2 简支桁架和刚架式桁架

D. 为了适应起重机的工作需要，在起重机中常采用简支桁架和刚架式桁架 (见图10-2)。

桁架的外形与腹杆系统

A. 桁架的外形

平行弦桁架(见图10-2)常用于桥式、门式起重机、桥梁和联系桁架，它的优点是相同的节点和腹杆型式很多，可以使制造简化；缺点是弦杆在各节间受力不等，采用等截面弦杆时材料不能充分利用，如采用变截面弦杆时又使构造复杂化。但轻型桁架还是经常用平行弦桁架。这种桁架也可用于塔桅结构和输送机结构。

下弦或上弦为折线形的桁架(见图10-3)，这种桁架外形接近于弯矩图形状，比较经济，其中图10-3 a多用于桥式起重机和装卸桥，图10-3 b、c多用于塔式或锤形起重机的伸臂，载重小车可沿直线形的上弦或下弦杆的轨道运行。

三角形桁架(见图10-4)适用于塔式起重机和悬臂式起重机的臂架结构，也常作输送机的支架。

图10-3 折线形桁架

B. 桁架的腹杆系统

斜腹杆的倾角对内力影响很大，一般应在35°~55°之间，而45°最合理。此外，应使长杆受拉，短杆受压。

桁架的主要参数

A. 桁架的主要参数是指桁架的跨度(长度)、高度、节间数目、节间长度和重量。

B. 对起重机的平行弦桁架，按静、动态刚度条件可求得桁架高度为：

式中：  L——桁架的跨度,mm。

按刚度条件决定的桁架高度是最小高度

C. 对平行弦桁架的理想高度为：

D. 桁架实际应用的高度介于最小高度和最大高度之间，对桥式起重机取为:

对大跨度装卸桥取：

桁架杆件的内力分析

常用的三角形腹杆系桁架内力分析方法有图解法和数解法(节点法和截面法)，设计时需要求得所有杆件的内力，可用图解法或节点法，若只需求出某些杆件的内力，则采用截面法比较方便。

对超静定桁架及桁构式结构，可用力法求解内力；对复杂结构及不宜分解的空间结构，则应用有限元法分析软件进行求解。

桁架杆件的计算长度

A. 杆件在桁架平面内的计算长度

A. 杆件在桁架平面外的计算长度

当受压弦杆在桁架平面外的支承点间距大于弦杆节间长度，而且该段内相邻节间弦杆内力不相等，则其计算长度要比小，按下式决定：

式中：——计算节间弦杆的较大内力,N；

——相邻节间弦杆的较小内力,N。