钢框架-预应力索支撑结构中索断裂后结构的响应分析

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1、摘要摘要随着科技与时代的发展，预应力技术越来越多的被应用到钢结构当中。钢框架-预应力索支撑结构正是预应力技术的创新成果之一。该结构的抗侧能力由钢框架和预应力索支撑共同提供，形成了双重抗侧体系。但是，预应力的存在使拉索内蕴大量应变能。一旦拉索因某些偶然因素而断裂，这些应变能将随之释放，继而对剩余结构造成卸载冲击并引发其动态响应。为研究钢框架-预应力索支撑结构中拉索断裂对剩余结构造成的动态响应，并分析不同参数(索力、索径等)对剩余结构动态响应剧烈程度的影响，本文将对三种典型钢框架-预应力索支撑结构进行断索分析。分析通过SAP2000有限元软件的动力分析模块实现，其中，拉索断裂过程采用非线性去除构件

2、法模拟。分析采用的模型为单层钢框架-预应力索支撑结构、多层钢框架-预应力索支撑结构、巨型钢框架-预应力索支撑结构。得到结论如下：(1)对单层钢框架-预应力索支撑结构，分析采用的断索时间应小于0.1T1(T1为剩余结构自振周期)。最佳拉索破断函数为线性阶跃函数。阻尼越大，剩余结构动态响应越小。拉索预应力越大，剩余结构动态响应越剧烈。一般情况下剩余结构动态响应随拉索索径增加而减弱，但是当剩余结构横向竖向振型发生耦合时，动态响应显著加强。(2)对多层钢框架-预应力索支撑结构，拉索预应力越大，剩余结构动态响应越剧烈。随拉索索径增加，剩余结构不同部位动态响应变化趋势不同。随跨度增加，剩余结构不同部位动态

3、响应变化趋势也不同。(3)对巨型钢框架-预应力索支撑结构，随拉索预应力增加，剩余结构不同部位动态响应变化趋势不同。随拉索索径增加，剩余结构不同部位动态响应变化趋势也不同。关键词：预应力钢结构；预应力索支撑；非线性时程分析；断裂；动态响应万方数据摘要AbstractWiththedevelopmentofthetechnologyandtimes,moreandmorepre-stressingtechnologiesareappliedtosteelstructures.Oneoftheinnovativeachievementsforpre-stressingtechnologyispre-

4、stressedcablebracingsteelframe.Lateralresistanceofthisstructureisprovidedbybothsteelframeandpre-stressedcablebrace.butapplicationofpre-stressingtechnologycausesmuchstrainenergyincables.Theruptureofthepre-stressedcablesreleaseslargeamountofstrainenergyinashortperiodoftime,whichcausesdynamiceffectsont

5、hestructure.Inordertostudythedynamicresponseofremainingstructurecausedbycables’ruptureinpre-stressedcablebracingsteelframe,andanalyzetheeffectofdifferentparameters(cableinitialstress,cablediameters,andsoon)onthedynamicresponseofremainingstructures,threetypicalkindofsteelframe-pre-stressedstructuresa

6、reinvestigated.TheanalysisisbasedonthedynamicmoduleofSAP2000software,andthecables’ruptureissimulatedbyalternatepathmethod.Theanalyzingmodelsarepre-stressedcablebracingsingle-storysteelframe,pre-stressedcablebracingmulti-storysteelframeandpre-stressedcablebracingmegasteelframe.Resultsareasfollows:(1)

7、Inpre-stressedcablebracingsingle-storysteelframe,thebestcable-breakingtimeislessthan0.1T1(T1representsthestructuralnaturalperiodofvibration).Thebestcable-breakingwaycanbedemonstratedaslinearstepfuncti