弓弦式桁架（bowstring truss）受力分析_张亚旭

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弓弦式桁架（bowstring truss）受力分析

(2015-01-04 16:34:25)

标签：

bowstring

truss

分类：土木工程

弓弦式桁架（bowstring truss）受力分析

（一）弓弦式桁架（bowstring truss）

如图1，在理想的均布荷载作用下，弓弦式桁架的腹杆（包括直腹杆、斜腹杆）不受力；下弦杆受拉，且拉力在整个跨度内相等；上弦杆受压，压力在各个节间内略有变化，两端大，中间小。可以将弓弦式桁架理解为带水平拉杆的拱。它广泛应用于屋面结构中。如果荷载作用在桁架下弦，则直腹杆受拉，将荷载传递至上弦，常见于桥梁结构中，如图2、3所示，其中图2所示为美国某弓弦式桁架桥梁，建于1867年，是现存最古老的同时采用铸铁和精炼铁建造的桥梁，全长33.5米，矢跨比1/4.8。图3为某木结构弓弦式桁架步行桥。

在理想的均布荷载作用下，桁架上弦为抛物线形，为了便于加工制作，通常以圆弧形替代，这将导致桁架腹杆中产生微小的内力，但影响很小。

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图1

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图2 Whipple Cast and Wrought Iron Bowstring Truss Bridge

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图3 某木结构步行桥

（二）反向的弓弦式桁架（inverted bowstring truss）

将弓弦式桁架反向布置，荷载仍然作用在上弦，如图（b），在理想的均布荷载作用下，桁架弦杆内力的绝对值不变，但符号相反，其中上弦杆受压，下弦杆受拉；直腹杆受压，将荷载传递至下弦；斜腹杆内力为零。它在屋面结构、桥梁结构中有广泛应用。图4为美国纽约某地铁高架桥，采用反向的弓弦式桁架，两端简支在桥墩上。

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图3

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图4 纽约某地铁高架桥

（三）修正的弓弦式桁架（inverted bowstring truss）

如果我们截取弓弦式桁架中间的一部分，也即去除桁架首尾的部分结构，可以得到一个新的结构，称之为修正的弓弦式桁架。图（a）所示的弓弦式桁架共包含12个节间，荷载作用在桁架下弦，假设去除首尾各一个节间，如图（b），斜腹杆将承担轴力，同时，下弦杆的轴力在整个跨度内不再相等，中间大，两端小。为了进行对比，我们建立了与图（b）所示结构具有相同跨度、矢高的弓弦式桁架，如图（c），相比之下，修正的弓弦式桁架的上弦杆内力分布更加均匀，且内力最大值与图（c）所示桁架上弦杆内力最小值相等。图6为某个采用修正的弓弦式桁架的步行桥的示意图。此形式也见于屋面结构中。

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图5

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图6 某修正的弓弦式桁架步行桥示意图

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