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摘 要

桁架是一种在生活生产中常见的结构形式，因其具有结构简单、节约材料、能充分利用材料强度等特点而备受青睐。桁架桥指利用桁架作为上部结构主要承重部件的桥梁。其特点在于轻便可靠，在工程应用特别是作为临时工程建筑应用广泛。本文以简易桁架桥为研究对象，利用COMSOL Multiphysics仿真软件对其进行三点受力稳定性有限元分析，主要内容包括各部分位移、轴力、剪力、扭矩、弯矩和应变。发现对于桁架桥而言，整体的改变（如桁架节数的变化）对桁架桥整体有较大的影响；而局部的改变（如某一组杆件的宽度改变）对桁架桥整体而言没有多大的影响。这说明了桁架桥可以承受局部的改变而对整体性能不会造成太大的影响，反映了桁架桥的稳定性和可靠性。

关键词：桁架桥；稳定性；有限元分析

Abstract

Truss is a common structural form in daily production. It is favored because of its simple structure, material saving, and full use of material strength. Truss bridge refers to a bridge that uses truss as the main load-bearing component of the superstructure. Its characteristics are light and reliable, and it is widely used in engineering applications, especially as temporary engineering buildings. In this paper, a simple truss bridge is taken as the research object, and the three-point stress stability finite element analysis is carried out using COMSOL Multiphysics simulation software. The main contents include displacement, axial force, shear force, torque, bending moment and strain of each part. It is found that for truss bridges, overall changes (such as changes in the number of truss sections) have a greater impact on the overall truss bridge; while local changes (such as changes in the width of a group of members) have no effect on the truss bridge How much impact. This shows that the truss bridge can withstand local changes without too much impact on the overall performance, reflecting the stability and reliability of the truss bridge.

Key Words: truss bridge, stability, finite element analysis

目 录

第一章 绪论1

1.1 课题研究背景及意义1

1.1.1 课题研究背景1

1.1.2 研究意义1

1.2 国内外研究现状2

第二章 仿真理论及测试方法4

2.1 理论依据4

2.2 方法步骤4

2.3对实验项目的具体分析5

第三章 桁架桥受力稳定性分析的仿真结果及讨论8

3.1 边界条件和解析模型8

3.1.1 边界条件8

3.1.2 解析方式9

3.1.3 网格划分及无关性验证11

3.2 仿真结果模拟讨论12

3.2.1 桁架节数12

3.2.2 桁架侧杆宽度16

3.2.3 一般规律的总结19

3.3 影响参数分析20

3.3.1 桁架节数的改变对桁架桥性能的影响20

3.3.1.1 位移20

3.3.1.2 内力（矩）21

3.3.1.2.1 轴向拉力21

3.3.1.2.2 轴向压力22

3.3.1.2.3 剪力23

3.3.1.2.4 扭矩24

3.3.1.2.5 弯矩25

3.3.1.3 应力26

3.3.2 桁架侧杆宽度26

3.3.2.1 位移27

3.3.2.2 内力（矩）27

3.3.2.2.1 轴向拉力27

3.3.2.2.2 轴向压力28

3.3.2.2.3 剪力29

3.3.2.2.4 扭矩30

3.3.2.2.5 弯矩31

3.3.2.3 应力32

3.4 小结33

第四章 结论与展望34

参考文献35

致谢36

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.1.1 课题研究背景

桁架（truss）是一种由杆件彼此在两端用铰链连接而成的结构。桁架由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构，桁架的优点是杆件主要承受拉力或压力，可以充分发挥材料的作用，节约材料，减轻结构重量，能够充分利用材料的强度，在跨度较大时可比实腹梁节省材料，减轻自重和增大刚度。现在常用桁架结构的有钢桁架、钢筋混凝土桁架、预应力混凝土桁架、木桁架、钢与木组合桁架、钢与混凝土组合桁架。

在人们的日常生活中，桁架结构随处可见，桁架桥（truss bridge）便是其中的常客。桁架桥指的是以桁架作为上部结构主要承重构件的桥梁。桁架桥一般由主桥架、上下水平纵向联结系、桥门架和中间横撑架以及桥面系组成。

桁架作为一种稳定的结构形式，其轻便可靠、节省材料、通透性好、拼装方便等特点使得桁架广泛地应用于桥梁工程中。随着科学技术的进步，桥梁的跨径长大化发展，对于桥梁的静力、稳定性、抗震性能、抗风性能^[1]等参数的研究要求越来越精细化，借助工程软件进行分析成为了一种高效的手段。

图1.1 东京京门大桥

1.1.2研究意义

桁架结构和桁架桥作为生活能够经常见到的物理结构和事实建筑，在建筑、机械、土木等工科行业中有着相当广泛的应用。其主要结构特点在于各个杆件均主要受单向的拉、压力，并运用合理的上、下弦杆和腹杆布置，可以适应结构内的弯矩和剪力分布。由于各杆件相互外力以及自身的内力实现了水平方向上的自平衡，整个结构不会对支座产生水平推力。桁架梁对比一般的实腹梁，在抗弯方面，由于受拉和受压的界面集中在桁架的上下两端，增大了内力臂，使得在使用同样的材料量的情况下，桁架梁比实腹梁有着更大的抗弯强度。而在抗剪方面，可以合理地布置腹杆，将剪力通过杆件传递给支座。这样，对于梁的两大难题，抗弯和抗剪，桁架结构都能是材料的强度得到充分的发挥，能够适应各种各样的建筑形式。

随着科学技术的日新月异和计算机软件技术的广泛应用，应用相关软件进行桁架结构的分析已经是大势所趋。通过计算机软件进行分析，不仅仅能够了解桁架本身的作用原理，对于桁架的应用、改进、优化也是如虎添翼。

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