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Vol.46

第46卷第4期华北理工大学学报（自然科学版）6No.4

2024年10月JournalofNorthChinaUniversityofScienceandTechnology(NaturalScienceEdition)Oct.2024

文章编号：2095-2716(2024)04-0110-09

钢架锥形结构轴压力学性能分析

刘洋1,唐健1,黄运昌²,任杰²,王修军²？，安琦3

（1.天津大学建筑工程学院，天津300072；2.中建八局第四建设有限公司，山东青岛266000；

3.青岛理工大学土木工程学院，山东青岛266520）

关键词：钢桁架锥形结构；轴压性能；压弯屈曲；承载力

摘要：依托青岛虚拟创享中心的实际工程项目，以钢桁架锥形结构为研究对象，提取了单榻主

桁架子结构，并利用Abaqus2023有限元软件对其进行了轴压力学性能分析。重点研究了单榻钢桁

架锥形结构的破坏模式和传力机理，同时结合钢桁架腹杆内力分布规律，研究了关键位置处腹杆

截面类型以及截面壁厚对单钢桁架锥形结构承载力的影响规律，分析结果表明：该腹杆发生压

弯屈曲，通过与其他杆件相交节点的连接将内力传递给其他腹杆。截面类型由矩形变成H型时，

桁架的极限承载力降低1.3%。变成后，该腹杆的屈曲现象得到一定程度的缓解，整体结构的变

形程度相对减小，极限承载力提高2.6%。而截面壁厚由8mm增加到24mm时，极限承载力提升

17.6%。研究成果可为工程实践提供一定参考。

中图分类号：TU375.5文献标识码：A

引言

近年来，随着我国建筑业的快速发展，许多大跨度建筑和高层建筑拔地而起。其中，某些建筑需要特殊

的结构形式，如空间网壳结构、长悬臂新型结构[2}等，传统的钢筋混凝土结构‘3无法满足其特殊形态需求，

需要其他类型的结构来实现。而钢桁架结构作为一种轻巧、高效的结构形式，被广泛应用于各类建筑工程中4（图

1）。钢桁架结构适用于需要大跨度设计的建筑[56，如体育馆、会展中心、机场航站楼等，通过钢桁架结构可

以实现灵活的空间布局和观赏性，同时提供较大的跨度和开放性设计。

锥形桁架结构作为建筑和桥梁工程中常见的重要构件，近年来备受关注。陈和王等进行了钢桁架锥壳

结构的非线性地震分析，发现其具有较高的承载能力和刚度。进一步地，陈和王等8进行了空间索杆桁架结构

优化设计的研究，基于锥形壳结构，为锥形桁架的设计提供了新思路。王和吴等“9通过实验研究了钢管锥形桁

架结构的力学行为，为该类型结构的施工提供了重要参考。另外，LIU等【10在研究中对风荷载下锥形桁架结

构的振动进行了数值模拟和分析，发现其受风力影响的特性。Li等则探讨了锥形桁架结构在大跨度轻型建

筑中的应用，为结构设计和建筑工程提供了新的思路。综上所述，锥形桁架结构的研究在理论和实践领域都取

得了一定的进展。然而，仍需通过对锥形桁架结构力学特性展开分析，从而深人探讨锥形桁架结构在工程实践

中的应用前景，以促进该领域的持续发展和创新。

本文以实际工程出发，结合青岛虚拟现实创享中心项目，拟提取钢架空间结构中子结构，即单榻钢桁架

锥形结构，进行力学性能研究，探讨其传力机理和受力性能。运用大型通用结构分析软件Abaqus2023对单榻

钢桁架锥形结构的力学行为进行模拟，分析弦杆、腹杆的内力分布规律和受力机理。同时，本文还将研究在不

同截面类型和壁厚的腹杆条件下，单棉钢桁架锥形结构的受力性能和承载能力，为工程设计提供可靠的参考。

收稿日期：2024-05-11

基金项目：产学研合作课题（2023GKF-0700）：钢桁架锥形柱及悬挑楼盖夹层框架柱力学性能研究。

第一作者：刘洋，博士，副研究员，研究方向：钢结构。E-mail：yangliu_0516@，

通讯作者：王修军，博士，高级工程师，研究方向：建筑工程。E-mail：752931347@。

稿件来源：二十四届全国现代结构工程学术研讨会。

D0I:10.3969/jjssn.2095-2716.2024.04.0