钢管桁架结构计算和分析

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3D3S10.0钢管桁架结构计算和分析

上海同磊土木工程技术公司3D3S 技术部

3D3S V10.0版钢管桁架结构在后处理以及相贯加工方面增加了一些功能，增加了后处理菜单中定义、查询、取消杆件顺序号等命令以及相贯加工菜单，其中包括相贯加工控制参数、杆件下料、生成法因相贯加工数据、生成国际标准ISO 相贯加工数据等命令。更好地满足了客户对相贯加工参数的控制以及输出数据的有效利用。

桁架模块适用于任何形式的平面及空间桁架结构，包含滑移、沉降、弹性等多类支座形式，跨度及具体体型不限，适用于桁架与多种形式的混合结构：钢柱+桁架、 框架+桁架、张拉弦+桁架、网架+桁架等。

下面简单介绍一下3D3S 10.0钢管桁架结构的设计流程：建模—计算分析以及设计—节点验算—后处理—施工图绘制——相贯加工。 1 建模

3D3S10.0钢管桁架结构模块是将建模、分析计算与后处理以及相贯加工结合在一起的有限元分析设计软件，其目标对象是从其他结构设计软件中导入并在空间建模中扩充的结构模型以及3D3S 中的自建模型（图1）。

图1 3D3S 钢管桁架结构模块界面

可以由一根或二根或三根或四根辅助线直接生成桁架，或通过LINE 命令画出桁架杆件，或直接导入ACAD 桁架模型。使用结构编辑工具编辑模型构件属性，确定模型的结构体系，分为四种：平面桁架、平面框架、空间桁架、空间框架，见图2。如图1所示的模型，要把其结构体系定义为空间框架，然后把上部结构进行单元释放，见图3。

图2 结构体系选择 图3 定义单元释放

3D3S10.0钢管桁架结构模块中节点荷载、单元荷载、面荷载、地震作用、温度荷载、支座位移等自由添加，配合预应力模块，可进行预张力索构件的添加，见图4。

图4 荷载库

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计算分析和设计

1）进行各个工况和组合的内力分析，得到相应的内力和位移，见图5，6。

图5 查询内力

图6 查询最大位移

2）配合高级版的基本模块，可以进行几何非线性的内力和位移计算，得到结构的极限承载力。

3）可以在桁架结构中加预应力拉索（杆），或者进行张弦梁或者张弦桁架结构的设计。当结构进行内力分析时出现“约束不足”的提示时，要检查结构的支座约束情况以及结构体系中刚接铰接的情况，查看结构是否为可变体系或者是瞬变体系。

4）按规范可以进行杆件的校核和优化，在默认截面基础上自动得到经济和安全的截面尺寸和用钢量。在验算过程

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中增加了采用非线性分析结果进行验算，可以采用线性分析结果或者非线性分析结果进行验算，见图7。

图7 单元验算

3 节点验算

3.1 圆管和方管的相贯节点处理

1）可自动设定计算腹杆相贯处空隙；2）在节点处进行杆件的多重相贯，得到相贯线展开图；3）验算相贯节点的强度并提出节点设计报告。

除相贯节点外，可在桁架结构中局部设置球节点，并完成其验算和绘图；完成板支座和球支座的设计并绘图；完成弦杆拼节点设计和绘图。 3.2 钢管相贯节点验算

适用范围：软件将圆管直接汇交焊接节点分为八类，分别为X 型、T 型（或Y 型）、K 型、TT 型、KK 型以及派生而成的平面KT 型、空间KT 型和空间KKT 型。将矩形管直接汇交焊接节点分为四类，分别为X 型、T 型（或Y 型）、有间隙的K 型（或N 型）和搭接的K 型（或N 型）。 4 后处理

除相贯节点外，可在桁架结构中局部设置球节点，并完成其验算和绘图；完成板支座和球支座的设计并绘图；完成弦杆拼节点设计和绘图，见图8。

图8 节点详图

5 施工图绘制

绘制结构布置图、节点图、构件相贯展开图、材料

表、支座图等，见图9-11。

图9 结构布置图及材料表

图10 节点图及材料表

图11 构件相贯展开图

6 相贯加工

先进行相贯加工控制参数的调整，包括支管割据斜切角度，支管斜削最小壁厚、支管焊缝根部间隙、坡口形式等参数的设置，然后输出多种格式的相贯加工数据，适应相贯线加工设备的要求，进行自动套料，见图12。 7 结论

在3D3S V10钢管桁架结构模块的计算分析过程中，要正确选择模型的结构体系，进行正确

的支座约束以及节点的约束，确保计算模型符合实际情况。用最准确的方式施加荷载，并用模型检查命令，进行分析计算、单元验算以及节点设计。3D3S V10钢管桁架结构模块

给用户提供了更全面的相贯加工功能，满足了客户需要输出各种相贯加工数据的要求。

参考文献

[1] 3D3S 钢管桁架结构功能模块使用手册[M]. [2] 钢结构设计规范GB50017[S].

图12 相贯加工控制