1 工程概况

某飞机机身坞，其中机身坞为一悬挂空间钢桁架，总长58．8 m，两吊点间距44．8 m，桁架高8．9 m，宽度2．0 m，弦杆节点间距为2．8 m。桁架结构弦杆主要采用120 1Tln2×120 1Tln2×6 1Tln2，腹杆主要采用60 1Tfn×60 mm×4 1Tfn。由于整套机身坞系统采用悬挂式，对结构自重的控制要求较高，需要控制杆件截面尺寸，从而控制结构自重，以满足吊车梁的载重要求；而整个桁架系统上有导轨供机头架、机背架等来回移动，对结构整体变形要求较高，桁架对挠度的控制要求为1／1 000。

2 有限元分析

2．1 计算模型

鉴于结构的重要性，采用ANSYS[3 J有限元分析软件对该工程进行实体建模分析，为了分析节点弯矩产生的影响，模拟刚性节点和铰接节点，分析过程采用Beam188单元和Link8单元。

Beam188单元是三维空间的2结点直线单元，每个节点有7个自由度，包括3个沿 x，Y，z 轴的平动自由度，3个绕 x，Y，z 轴的转动自由度，还有一个可以激活的截面翘曲自由度。三维杆单元Link8是轴向的拉伸一压缩杆件单元，具有两个结点，每个结点有沿x，Y， z轴的3个平移自由度，可用以模拟两端铰接的空间杆件，不考虑杆件的弯曲以及扭转变形。根据Beam188单元和Link8单元的特点，文中结合机身坞桁架结构形式采用3种不同的建模方式：方式一，弦杆和腹杆都采用Beam188单元，即把节点当成完全刚性的，腹杆固结于弦杆之上；

方式二，弦杆采用Beam188单元，腹杆采用Link8单元，即把弦杆当成连续梁，腹杆是作用于弦杆上的链杆；方式三，弦杆和腹杆都采用Link8单元，即把节点看成完全铰接，各杆单元只受轴向力作用。通过这3种不同的建模形式来模拟不同的节点受力方式，进一步比较各种节点类型对结构整体变形和构件应力的影响。

2．2 结构荷载

结构的计算荷载包括恒荷载和活荷载。恒荷载：除结构自重由程序自动计入外，还包括机头架、机背架自重，操作平台自重以及电器通风管道自重等结构本身的重量；活荷载主要包括飞机修理人员和飞机座椅、机舱门、飞机玻璃等大修时飞机上拆卸下来的物体重量。各荷载的分项系数根据GBJ 50009—2001建筑结构荷载设计规范选取。

2．3 节点弯矩对应力的影响分析

根据结构的受力特点，中部节点受力比较大，文中将对空间桁架两吊点中部取上弦和下弦节点各一个进行分析(见图1，图2)

按方式一和方式二建模的各截面应力以及节点弯矩引起的应力占总应力的百分比见表1，表2。从按方式一建模的分析结果中可见，弦杆中节点弯矩引起的应力占总应力的比例比腹杆的大。分析其原因，主要在于节点处各杆件的线刚度不同，使得它们之间的相互约束作用也不同。弦杆的线刚度较腹杆的线刚度大很多，因此弦杆中节点弯矩所引起的应力占总应力的比例较大。比较表1和表2，由于方式二建模把腹杆看成链杆，只承受轴向力，从而弦杆中节点弯矩引起的应力占比重比按方式一建模大，但由于腹杆本身线刚度较弦杆小，故对截面的应力影响不大。表3比较了3种建模方式下各杆件截面的应力情况，按方式一和方式二建模各截面的应力相差很小，而按方式三建模，弦杆的应力明显小于前面两种模型的分析结果，腹杆应力和前两种方式接近。表明线刚度较大的弦杆受节点弯矩的影响比较大，而线刚度较小的腹杆受节点弯矩的影响比较小，可以忽略。

2．4 节点弯矩对整体变形的影响分析

按方式一建模计算，结构最大竖向位移22．099 mitt，相对位移最大值为22．297 mitt，挠度为1／2 027；按方式二建模结构最大竖向位移为22．323 mitt，相对位移最大值为22．517 mm，挠度为1／2 006；按方式三建模结构最大竖向位移为22．739 mitt，相对位移最大值为23．145 mitt，挠度为1／1 970。按方式三建模结构的变形相对较小，但3种方式结果相差很小。根据空间该工程桁架体系受力特点，节点弯矩对整体变形的影响很小。

3 结语

桁架设计时是否考虑节点弯矩要视情况而定，对于一些杆件线刚度较大的桁架，以及焊接、用节点板连接的桁架，会产生一定程度的节点弯矩，需根据实际情况给予考虑。

1)当弦杆和腹杆线刚度比值较大时，节点弯矩对腹杆的影响可以忽略，可按方式二建模进行结构分析。

2)当以强度为控制条件时，建议采用方式一或方式二建模，上述方法计算结构应力比方式三大，从而能更好地满足安全性要求。

3)当以变形为控制条件时，建议采用方式三建模，变形较大，能更好地保证实际结果满足变形控制要求。

4)节点类型对大型空间钢桁架体系的整体变形影响不大，建模时可忽略节点弯矩的影响。