网架结构的竖向地震研究.pdf

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2014年第1期·37·第40卷总第177期SichuanBuildingMaterials2014年2月DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2014.01.020网架结构的竖向地震研究王静玉,王露露(西安科技大学建筑与土木工程学院,陕西西安710054)摘要:网架结构是杆件按照一定的规律布置,通过板型网架。节点连接而成的网格状空间杆系结构。网架结构由处在两1网架模型个平面内的杆件组成,形成平行的上弦与下弦,其间以腹杆与竖杆相连。目前,网架结构的抗震分析方法主要有振计算网架尺寸如表1所示。网架荷载参数为:恒荷载型分解反应谱法、随机振动方法和动力时程分析法。利用2,220．8kN/m;活荷载0．5kN/m;雪荷载0．25kN/m。计算结构有大型限元分析软件SAP2000对三个不同跨度的正放机程序自动生成网架自重(节点自重一般占网架杆件总重的四角锥网架结构进行分析,研究了网架的跨度的变化对自20%~25%),荷载作用在节点上,杆件主要截面采用Φ60振特性及杆件内力的影响。×3．5、Φ76×3．75、Φ89×4．0、Φ114×4．0、Φ140×4．0,关键词:网架结构;动内力系数;抗震性能计算模型如图1所示。中图分类号:TU311．3文献标志码:A表1网架尺寸/m文章编号:1672-4011(2014)01-0037-02网架尺寸网架高度网格尺寸24×242．03×3VerticalSeismicStudyofGridStructure36×362．43×3WANGJingyu,WANGLulu48×483．23×3(CollegeofArchitectureandcivilengineering,Xi’anUniversityofScienceandTechnology,Xi'an710054,China)Abstract:Gridstructureisamemberdisposedaccordingtothecertainrule,thegridspacetrussstructureconnectedbynodes.Gridstructureisinthetwoplanerodparts,formingup-perandlowerparallel,duringwhichtheventralrodandthever-ticalrod.Atpresent,theseismicanalysismethodofspacetrussstructuremainlyhasthemodedecompositionresponsespectrumYmethod,therandomvibrationmethodandthetimehistoryanaly-xsismethod.ThestructureanalysissoftwareSAP2000onthree图1网架有限元模型24m×24mdifferentspanisfoursquarepyramidspacegridstructureanalysisoflargefiniteelement,tostudytheinfluenceofgridspanonself2竖向地震反应分析vibrationcharacteristicsandinternalforcesofrod.2．1网架的模态分析Keywords:gridstructure;aerodynamicforcecoefficient;seismicperformance动力特性分析是大跨空间结构抗震性能分析的最基本内容之一。使用SAP2000对结构进行模态分析将为我们提0前言供结构的基本性能参数,帮助我们对结构的地震响应进行定性判断,并提供相关结构概念设计需求,同时模态分析近20年来,我国的大跨度空间结构,包括网架结构、网壳结构、立体桁架、悬索结构、索网结构、膜结构及各还是动力分析的基础。SAP2000模态分析包括特征向量法类组合和杂交空间结构都得到了迅速的发展。在众多的空和Ritz向量法。间结构中,网架结构是应用最为广泛的一种结构形式。网分析网架的前10阶频率,得到的计算结果如表2所架结构是由许多杆件按照一定规律布置通过节点连接而成示。根据表2的计算结果绘制阶次—频率关系曲线图,如的网格状结构体系。它具有空间受力的性能,是高次超静图2所示。由图2可知:①随着阶次的增加,结构自振频定的空间结构,由于具有像平板的外形,因此,也称为平率递增;②随着网架跨度的增大,结构的自振频率减小。表2结构自振频率/Hz阶次f1f2f3f4f5f6f7f8f9f1024×244．2912．6620．8325．6429．4132．2640．0045．4558．8276．9236×362．513．8312．0416．3917．8520．8323．8131．2540．0058．8548×481．832．127．7510．7511．3612．3515．8721．2725．3238．46作者简介:王静玉(1988-),女,硕士,主要研究方向:防灾减灾工程及防护工程。 ·38·2014年第1期2014年2月SichuanBuildingMaterials第40卷总第177期从公式(1)可以看出,动内力系数为杆件在竖向地震作用下的动内力除以在重力荷载代表值作用下静内力而得到的值,其意义与抗震规范中的竖向地震作用系数相似,但二者量值不同。表548m×48m网架杆件内力/kN上弦杆下弦杆斜腹杆静内力动内力静内力动内力静内力动内力-192．7915．11203．8515．32-3．350．55-187．5114．42201．2515．00-9．871．46图2结构自振频率-176．6813．16193．3314．08-15．621．972．2震型分解反应谱法分析-159．8111．44179．6912．65-20．062．13-136．169．33159．7110．81-22．782．052．2．1振型分解反应谱法-104．946．85132．628．59-23．431．79振型分解反应谱法求网架的地震作用效应,是目前网-65．244．0197．546．00-21．561．31架地震反应分析中精度较高的分析方法之一。这种方法就-16．220．9253．613．10-16．110．67是利用振型分解的概念,以单质点体系在地震作用下的反应理论为基础,先求出对应于每一个振型的最大地震作用及其相应的地震作用效应,然后将这些效应进行组合,求得网架杆件的最大地震反应。网架抗震设防烈度为8度,设计基本加速度为0．20g。在多遇地震下,水平地震的影响系数最大值为0．16,特征周期为0．35s。2．2．2杆件内力计算结果(a)上、下弦杆计算位置(b)腹杆计算位置图3计算杆件的选取位置网架结构为对称结构,故取1/4模型,虚线部分内力提取杆件,如图3所示。计算内力结果见表3~5。图4三种跨度网架内动力系数表324m×24m网架杆件内力/kN上弦杆下弦杆斜腹杆图4所示为不同跨度网架的动内力系数分布。分析表静内力动内力静内力动内力静内力动内力明,网架结构竖向地震内力系数的分布是有明显规律的:-67．679．8170．559．83-3．630．80无论是上下弦还是腹杆的动内力系数值都是在网架边缘附-59．968．2666．939．07-10．191．93近较小,向跨中逐渐增大,在中点附近达到峰值。-43．145．4355．346．94-14．002．05[ID:000913]-14．891．7133．863．77-13．641．21参考文献:表436m×36m网架杆件内力/kN上弦杆下弦杆斜腹杆[1]陈扬骥,赵源,丁文其.空间网架结构竖向抗震性能的简化计算静内力动内力静内力动内力静内力动内力[J].同济大学学报,1994,39(2).-137．1714．57143．5114．75-3．520．65[2]姚谏,董石麟.钢网架和钢网壳结构中杆件截面的简捷设计法-130．4813．51140．2514．22-10．231．69[J].空间结构,1997,4(1).-116．5111．52130．1812．73-15．552．20[3]白学丽.多维多点输入下大跨空间网格结构地震响应及构件可-94．198．73112．4610．41-18．622．20靠度分析[D].南京:东南大学,2006.-62．145．3385．837．41-18．831．74[4]叶正强,杜向荣,蔡志勇.结构竖向地震作用的计算方法[J].-18．881．4748．823．87-15．220．90江苏建筑,1999,19(1).[5]张文福,刘文洋,刘迎春.网架结构拟夹层板法的有限元验证2．2．3动内力系数[J].计算力学学报,2005,22(4).为能定量的表述网架竖向地震内力分布规律,引入网[6]北京金土木软件技术有限公司.SAP2000中文版使用指南架动内力系数[M].北京:人民交通出版社,2006.Sξ=Ei(i=1,2,…,n)(1)[7]李忠献,林伟,丁阳.大跨度空间网格结构多维多点随机地震反iSSi应分析[J].地震工程与工程振动,2006,26(1).式中ξ—第i根杆的动内力系数;i[8]张文福,等.正交正放类网架结构地震作用下的有限元分析SEi—网架第i根杆的动内力;[J].大庆石油学院学报,2004,28(3).S—网架第i根杆的静内力。Si