钢筋混凝土烟囱弹塑性时程分析.pdf

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1、经济·管理·综述建材与装饰2014年11月钢筋混凝土烟囱弹塑性时程分析丁洁范存新（江苏省结构工程重点实验室（苏州科技学院）江苏苏州215011）摘要：本文选用某厂一钢筋混凝土烟囱为研究对象，针对不同配筋率、不同阻尼比以及不同地震波输入维数这几种情况下，对结构进行弹塑性时程分析。分析表明，配筋率对结构在地震作用下能否保持正常工作状态有很大影响，阻尼比变化对烟囱地震反应的影响较为明显。地震波的二维输入与一维输入相比，对沿地震波方向的烟囱顶层最大位移、速度和加速度的影响不大，而对垂直地震波方向的顶层最大位移、速度和加速度的影响则比较明显。关键词：烟囱；配

2、筋率；阻尼比；地震波；弹塑性时程分析中图分类号：TU375.4文献标识码：B文章编号：1673-0038（2014）45-0130-03前言表1模态分析结果振型频率（Hz）周期（s）烟囱在当代工业生产中占有重要的地位，作为一种重要的高第一阶0.689551.45022耸构筑物，其结构安全性能直接关系到附近建筑结构的安全。第二阶0.689561.45020目前国内对烟囱结构在地震作用下的抗震性能分析研究已第三阶2.85780.34992第四阶2.85790.34991取得一定的成果。叶正强，杜向荣等[1]对地震作用的时程分析法、第五阶6.70570.

3、14913反应谱法以及静力计算方法等进行了研究分析。潘士劼[2]等以钢第六阶6.70640.14911筋混凝土电视塔和烟囱为研究对象，将连续性体系离散为集中质第七阶7.32040.13660第八阶8.79840.11366量的多自由度体系来计算，探讨了与重力效应有关的地震反应分第九阶8.86500.11280析。朱彤等[3]对45m和180m高的烟囱结构进行动力模型试验，对第十阶9.87220.10129烟囱结构的地震反应及其破坏机理进行了试验研究。孙波[4]研究了钢筋混凝土烟囱在地震力作用下的动应力反应，分别从模型试验、震害特性、有限元计算三个方

4、面讨论了竖向与水平振动的重要性。然而这些研究没有考虑不同配筋率等因素对烟囱在地震作用下弹塑性时程响应的影响，所以本文选用某厂80m高的钢筋混凝土烟囱作为研究对象，采用ANSYS建模分析，研究了不同配筋率下烟囱的抗震性能，选取了不同的阻尼比，对结构进行弹塑性时程分析，比较不同阻尼比对结构地震响应的影响。同（a）第一振型（b）第二振型（c）第三振型时，研究分析了不同地震波输入维数的情况下该烟囱结构的抗图1结构的前三阶振型图震性能，对此得出了一些有意义的结论。因为烟囱是轴对称结构，所以周期都是成对出现的。由《建筑1有限元模型的建立结构荷载规范》可知，高度

5、不超过150m的钢筋混凝土烟囱的基本自振周期可按下式计算：T=041+0.10伊10-2H2/d，式中：H-烟囱利用有限元软件Ansys建立烟囱模型，采用整体式建模，不1高度（m）；d-烟囱1/2高度处的外径（m）[8]。取H=80m，d=5.72m，考虑钢筋和混凝土之间的黏结和滑移[5]。采用SOLID65单元模拟得到烟囱基本自振周期T=1.5289s，略高于本文模态分析计算得钢筋混凝土烟囱的筒体，竖向钢筋和环向钢筋通过体积配筋率出的基本自振周期。对于工程抗震而言，由于不确定因素较多，考虑，方向通过单元坐标系的两个角度来定义[6]。烟囱底部内壁难

6、以求得结构特性的准确计算参数[9]，加之有限元建模时为简便直径为6.72m，底部外壁直径为7.32m，顶部内壁直径为3.82m，起见所做的简化，使得有限元模态分析结果与经验公式的结果顶部外壁直径为4.12m。基础与底端固结，不考虑基础与土的相有所偏差，但在正常范围之中。互作用。筒壁混凝土采用C30，弹性模量E为3伊104MPa，泊松比c淄为0.2，材料密度为2400kg/m3。钢筋采用HRB335级，弹性模量3配筋率的影响cE为2.0伊105MPa，泊松比淄为0.3。工程设计中，钢筋混凝土烟囱单侧配筋时纵向钢筋最小配筋ss率为0.4%，环向钢筋最小

7、配筋率为0.25%[10]。为了研究不同配筋2烟囱模态分析率下烟囱的抗震性能，本文纵筋、环筋分别选取六种不同配筋利用ANSYS中的模态分析功能，模态提取方法用Block原率，如表2所示，对烟囱结构进行弹塑性分析，找出配筋率对烟Lanczos法[7]，对结构进行模态分析，提取前十阶模态，分析结果见囱地震响应特性的影响。表1，给出结构前三阶振型图，振型图见图1。·130·2014年11月建材与装饰经济·管理·综述表2不同配筋率分析工况阻尼的大小和建筑物的材料、结构形式、连接方法以及非结纵向配筋率环向配筋率构构件的类型有关，阻尼大小用临界阻尼百分比表示，

8、即阻尼10.4%0.25%比。在实际的工程运用中，通常根据实测结果进行阻尼的取值，20.6%0.45%30.7%0.55%