在建筑结构中,桁架结构是一种应用比较普遍的结构形式,在桥梁工程、大型建筑、船舶工程、港口机械等工程领域均有广泛应用。在我国桁架结构发展迅速且应用最为广泛,如屋架、网架结构等。为了增加建筑的表现力,近些年来管桁架结构得到了许多业主的青睐,在大量的屋面结构中采用。 

目前在普通钢桁架的结构设计中,工程中普遍采用的方法是按理想铰接模型进行计算,并根据计算出的杆件截面应力选择合适的杆件型号。计算桁架结构内力时,一般采用如下基本假定:(1)节点均为铰接;(2)杆件轴线平直相交于节点中心;(3)荷载作用线通过桁架的节点。

对于平面桁架还要求所有杆件轴线及荷载作用线在同一平面内。完全符合上述假定的桁架,其杆件只受轴向力作用,由杆件的轴向内力引起的应力称为正应力。但在实际结构中,这些假定并不可能完全成立。桁架节点处相交的杆件无论采用直接连接方式还是节点板连接方式,一般情况下都是难以实现理想的“铰”,杆件端部或多或少有一定的转动约束。在这种桁架结构中,除轴向应力外,还不可避免的会产生弯曲应力,此为节点刚性所产生的次应力。

此外,节点处杆件轴线不一定交汇于一点,由于节点偏心的影响也会使节点处产生相应的额外的弯矩的作用,本文中把这种弯矩称为节点偏心产生的次弯矩,相应的应力称为弯曲次应力或次应力。由于次应力的存在,使得桁架结构杆件的截面应力不仅有轴向应力还有弯曲应力,这种弯曲应力与哪些因素有关,对于按理想桁架模型计算的结构性能有多大的影响,在现有的文献中并不一致。 为了配合我国钢结构体系的发展,本文结合国内外的研究成果,通过理论分析与工程实例计算相结合的方法,分析了常见节点刚性以及节点偏心产生的钢桁架次应力,得到了节点刚性、桁架结构中的节点板、节点偏心对于次应力的影响以及考虑结构塑性发展的次应力影响。

结合实例,分析了考虑大变形对于结构次应力的影响,得到了杆件次应力随结构大变形发展的规律。 由于节点连接刚性以及节点板等可以导致次应力的产生,通过简单结构模型,对于由节点刚性所产生的次应力的影响因素和影响规律进行了讨论。

理论分析结果表明由节点刚性所产生的次应力的主要影响因素有:作用在结构上的荷载、杆件的长度L、杆件的线刚度以及杆件之间的相对轴向变形。