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1、焊接平行弦钢桁架的次应力分析（河北建工学院土木系）-张摘要:用实验的方法测试、计算了焊接平行弦钢桁架因结点刚性而产生的次应力，分析桁架次应力的大小及其分布规律，初步探讨产生次应力的原因并提出了焊接平行弦钢桁架考虑次应力的设计。关键词：桁架；钢结构；次应力;正应力。引言：平面桁架是建筑工程中常见的结构类型之一，桁架的受力情况比较复杂，为简化运算，通常情况下用理想桁架模型进行计算设计理想桁架模型关于理想铰的假设与实际桁架的结点受力情况很不相同，实际桁架杆件不仅有轴力，还有弯矩和剪力，后者被称为次内力，由次内力引起的应力被称为次应力目前，国内外各种版本的高校教材较少涉及桁架的次应力问题，比较普遍的观
2、点是：焊接角钢桁架次应力较小，可以忽略不计；有的著述认为，焊接槽钢桁架高跨比(H/L)大于某值时需考虑次应力，而角钢不必考虑次应力同时，由于实际桁架是高阶超静定结构，无法进行手算，因而工程实践中至今仍按理想桁架设计但在计算机日益普及的今天，这一问题有必要重新加以探讨对于焊接钢桁架来说，因结点采用焊接工艺，同一结点间各杆不产生相对转动，其结点实际上是刚性节点，这与理想桁架铰结点的假定完全不同为此，笔者将铰结点假定改为：桁架结点为理想刚结点并设定一跨度为4m，高为0.866，上弦结点受单位荷载作用的对称焊接平行弦角钢桁架为研究对象，图1为其计算简图加载示意图计算简图单位荷载下边腹杆受力大小示意图应
3、变片粘贴位置示意图荷载（KN）1020406080100-28-45-90-121-161-201-31-58-93-135-172-218-22-46-89-137-183-227-11-25-60-98-141-177-40-70-116-157-188-237-25-39-68-100-135-160-43-75-119-160-190-239-38-61-98-124-150-176原始测量应变数据表1 普通桁架正应力计算表（+）2-29.5-51.5-91.5-128-166.5-209.5（+）2-16.5-35.5-74.5-117.5-162-202（+）2-31.5-50-8
4、3-112-142.5-168（+）2-41.5-72.5-117.5-158.5-189-238N1-25.9 -47.1 -86.8 -125.1 -165.3 -207.4 N2-28.7 -43.8 -73.5 -99.2 -129.7 -148.7 M1-3.6 -14.4 -14.7 -22.9 -23.2 -32.1 M2-5.5 -12.4 -19.0 -25.7 -25.7 -38.6 平均次应力/MPa正应力测试值/MPa正应力理论值/MPa次正应力比/%3.735.747.416510.9715.1014.827313.8030.0529.624619.904544.44
5、4420.0260.9759.233328.9575.3174.0538次正应力关系图正应力实验值与理论值关系图l普通焊接平行弦桁架的内力特点从表中可以看出，其截面配置与通常情况下钢结构所受荷载相符，这里暂且称其为普通桁架，其内力和应力具有如下特点：a.理想桁架无弯矩，而弯矩存在于实际桁架的几乎所有杆件中，包括支座处的腹杆。b由弯矩引起的次应力与正应力之比超过50%.c.随着荷载增大，次正应力比有所降低。d.正应力理论值与实验值相差极小，通常在2%以内。e.正应力测试值同荷载大小成正比例关系。3 结 语由以上算例与分析，可知，焊接对桁架内力分布有较大影响，如果按照铰接理论设计桁架系统，存在一定安全隐患，次内力占正应力比值较大，容易出现杆件局部应力首先屈服而导致结构整体失稳丧失承载力。所以说应该引起设计人员的重视。现对焊接平行弦角钢桁架的设计提出如下建议：a轴力可按理想桁架计算； b支座附近腹杆其次正应力之比大于50 ，参照国外有关规定 ，次应力不能忽略不计C加强支座腹杆上述两种桁架支座腹杆次应力均较大截面选择要留有余地；计算表明也可通过加强第二根腹杆来减少第一根腹杆的次应力参考文献：钢结构基本原理主编：崔佳。中国建筑工业出版社土木工程结构试验主编：王天稳。武汉理工大学出版社