钢桁架结构安全性分析.pdf

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1、张岩寿等：钢桁架结构安全性分析37钢桁架结构安全性分析张岩寿，王湘安(天津大学建筑设计研究院．天津300073)【摘要】基于大型通用有限元软件ANSYS，对天津市某钢桁架结构进行了模态分析、静力分析和非线性屈曲分析。通过分析，研究了该钢桁架结构的受力特点和承载能力，分析认为全钢桁架结构具有较强的安全性，值得推广使用；基于ANSYS适用于钢桁架结构的静力和稳定性分析方法可信度高。【关键词】钢桁架结构；静力分析；稳定性分析【中图分类号】TU392【文献标识码】B【文章编号】1001—6864【2012)03—0037—030概论该建筑结构形

2、式特殊，原因在于格构柱与主桁架之间天津市某足球场位于天津市团泊湖附近，总占地的连接构件即主拉桁架采用的是桁架结构，类似牵引构件16．31ha，建筑面积5．4万m，是国内首个下沉式的专业足一般采用悬索或者刚性连接，而桁架结构比普通悬索刚度球场，造型新颖、功能齐全。如图1所示，该足球场全部采用强，但是有弱于普通的刚性连接构件，鉴于该构件在结构中钢桁架结构，在建筑物的四周为四个桁架式格构柱，通过主的重要性，此结构应当进行安全性及可靠度的分析。拉桁架牵引主桁架，主桁架承担由挑桁架传递来的荷载，其文中采用大型通用有限元软件ANSYS建立了该结构的

3、中长向共l8个挑桁架，短向共12个，挑桁架一段悬挑，另一三维精细化有限元模型，并分别对该模型进行了静力和稳端固定于下部砼柱，挑桁架的下面为看台。构件形式全部定性的分析，由此得到该足球场钢结构整体的静力及稳定为各种型号的钢管。性的分析结果。另外，通过运用ANSYS软件分析该结构，结工程的设计使用年限为50年，结构安全等级为二级。合钢桁架结构承载的特点，总结出在ANSYS平台下可行的抗震设防类别是一类，抗震设防烈度是7度，设计基本地震静力和稳定性分析方法。加速度值为0．15g，设计分组为一组，场地类别为III类。1模型介绍0●OO●OO●0

4、O●0o●00●OO●OO●OO●OO●OO●OO●OO●0o●OO●OO●OO●OO●OO●OO●OO●0O●OO◆Oo●oO●OO●O0●OO●OO◆O0●oO●Oo●0O●OO●oO●OO●0O●OO●OO●OO●OO●OO●oo●0o●Oo◆OO●o20表2水平向跨中、悬跨端节点应力、薹应变计算结果绝对值最大值×5＼2级海啸／／0————＼，一／氇一5啸＼，，／／海啸导一10蜇一150100200300400500600时间，日图7管道分别受1、2、3级海啸波水平向悬跨端节点的应力变化曲线5参考文献4322级海啸／／l＼／，／[

5、1]温燕林，朱元清，等．东海海域潜在地震海啸的数值模拟初步O～～—l研究[J]．地震学报，2008，9(5)：456—463．一21级海啸＼、／‘~-3[2]竺艳蓉．几种波浪理论适用范围的分析[J]．海岸工程，1983，0l0020030040O500600l2(2)：11—27．时间／s[3]马良．海底管道在水流作用时诱发的震动效应[J]．中国海洋图8管道分别受l、2、3级海啸波水平向平台，2000，4(2)：30—34．悬跨端节点的应变变化曲线[4]李景阳．粉土海床波流作用下海底管道稳定性研究[D]．青岛：中国海洋大学，2009．(

6、2)从表2可见，海底管道受1、2、3级海啸波冲击均未达到屈服强度和屈服应力，证明现阶段的设计标准可抵抗常见海啸的冲击且不发生破坏，保证了海[收稿日期]201l一12-08洋复杂环境中海底管道的正常运营。[作者简介]薛景宏(1968一)，男，吉林梨树人，教授，博士，研究方向：结构工程与防灾工程。38低温建筑技术2012年第3期(总第165期)1．1分析模型跨度的钢结构，风荷载起控制作用，因此本文对风荷载控制按照施工图纸定义杆件尺寸，桁架上、下弦杆及格构柱下的最不利荷载组合进行计算，以验算所选取杆件是否满柱肢杆件均采用BEAM188单元，其

7、余杆件采用LINK8单足强度及稳定性要求。荷载工况组合如下式所示：元。格构柱与地基的连接采用刚接约束，主桁架及各榀挑1．2恒载+1．4×(0．7活载+风载+0．7温度荷载)式桁架与下部混凝土柱的连接均采用铰接约束。如图1所示中，各项荷载标准值如下：为模型图。恒载：1．5kN／m；活载：0．95kN／m；风正：1．50kN／m；风负：2．18kN／m。经计算，施加到每个挑桁架节点上的等效荷载P：25．7kN，Ph=10．9kN。2结构分析2．1模态分析提取结构前六阶模态，振型如图2所示。分析图2中各个振型可以看出，相对结构悬挑桁架、主桁架

8、和格构柱结构，用于连接主桁架和格构柱的主拉桁架图1三维有限元模型刚度较弱，在前6阶振型中，结构的变形都是此处最大，这提1．2荷载组合示我们在设计和计算类似大跨度钢桁架结构时应当注意相将屋面均布荷载等效成各榀