管桁架吊点选择的应变能方法研究

发布时间：2022-10-05 10:09 热度：

管桁架吊点选择的应变能方法研究

叶青

摘要：管桁架的整体起吊是国内钢结构工程尤其是大型钢结构工程经常使用的施工方法。但随着管桁架的跨度越来越大，造型越来越复杂，管桁架起吊过程中吊点的选择，成为了一个突出的问题。以天津市某体育场的钢屋盖施工为工程背景，应用应变能的方法，来选择管桁架的最佳吊点。

关键词：管桁架；吊点；应变能

1.引言

在大型钢结构施工过程中，以整榀桁架为吊装单元可以大大提高工作效率，减少空中焊接拼装所带来的缺陷，降低施工难度、减少空中焊接拼装所带来的缺陷和保证施工质量。但是，如何保证吊装单元在实际的吊装过程中的强度、刚度十分重要。由于许多现有的资料给出的吊装方案对于实际的工程都有弊端。常见的吊装方案是以吊装杆件的最大正负弯矩相等以基础的。由此，对于非轴对称的构件及吊装中产生的较大轴力的构件件的吊装分析将会产生超出工程所应许的误差，所以下面介绍通过应变能方法来确定吊点位置，并进行强度、刚度验算。

2．本工程典型管桁架吊点选择

2.1典型管桁架介绍

天津市某体育场钢结构屋盖工程有各种不同种类的钢桁架需要吊装，由于篇幅有限，故本文选取一个具有代表性的，且吊装难度较大的钢桁架进行吊点选择的研究，并进行强度、刚度验算，对其他规格的钢桁架吊装也有一定的参考价值。经过比较，最终，选取了位于体育场短向钢屋盖的管桁架进行吊点选择的研究，如下图1所示。

起吊管桁架约高11m，宽1m，长约42.75m，重约17t。管桁架上弦杆采用 ，下弦杆采用 ，腹杆采用 ，上弦斜杆、连杆均采用 ，所有杆件均为热轧无缝钢管，采用 ，轴向受压构件的界面类型为a类。

2.2管桁架吊点选择

管桁架采用四吊点起吊，由于需计算出管桁架不同吊点下的能量，在ANSYS有限元软件中，设置管桁架构件的单元类型为beam4。

吊点布置在上弦，以管桁架折现为界，将上弦节点分成两组，管桁架左侧为一组，管桁架右侧为一组，共计100种组合计算。在ANSYS有限元软件中参数化分析，结果如下图2所示。

不难从图2中看出虽然最大轴力曲线和最大节点位移曲线有起伏，但是随着桁架总体应变能的下降趋势，桁架杆件中的最大轴向力和最大节点位移在减小。

最终选择管桁架左侧第六行两个节点和右侧第五行两个节点，作为此桁架的起吊吊点。

3．管桁架吊装验算

采用上文求得的最佳吊点，在ANSYS有限元软件中建立管桁架起吊验算计算模型，在计算模型中杆件采用Link8空间杆单元模拟，吊索采用只受拉不受压的Link10单元模拟，节点引起的结构自重1.1倍增大系数，并考虑1.3倍动力系数。

管桁架吊装单元最大拉应力出现在腹杆上，应力值为22.5N/mm2，小于钢材抗拉强度设计值310N/mm2；杆件最大压应力出现在腹杆上，应力值为21.1N/ mm2，小于钢材抗压强度设计值310N/mm2。杆件最大轴压力计算值为116.5 N/ mm2，小于所有类型杆件的稳定承载力最不利设计值。管桁架吊装的最大竖向位移出现在下弦杆跨中节点，位移值为30.1mm,小于结构允许的最大挠度，及跨度的1/400（106.9mm）。

4．结论

通过应用应变能方法对天津市某体育场钢结构施工管桁架吊装吊点的选择，并验算其强度、稳定性和挠度，可得出以下结论：

(1)在ANSYS有限元软件中，应用参数化语言可以快速得到管桁架吊装的最佳吊点，比传统的吊点选择方法更为科学、合理；

(2)建立模型验算管桁架的吊装，构件的强度、稳定性，管桁架的挠度均符合要求；

(3)可以在管桁架吊装吊点选择上推广该方法。

参考文献

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