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双曲双扭钢管网壳结构抗连续倒塌性能建筑学分析(2)

日期:2018-08-30 19:07 作者:上海论文网 编辑:lgg 点击次数:190
销售价格:0 论文编号:el2018083019070517680 论文字数:1868 所属栏目:建筑学论文
论文地区: 论文语种:其他 论文用途:其他

5.1 结构分析模型 5.1.1 参数方案 为了了解不同参数对双曲双扭网壳结构中杆件灵敏度的影响与作用,本文将双曲双扭网壳中的杆件截面形式分为两种:矩形

 
5.1 结构分析模型
 
5.1.1 参数方案
为了了解不同参数对双曲双扭网壳结构中杆件灵敏度的影响与作用,本文将双曲双扭网壳中的杆件截面形式分为两种:矩形截面和圆形截面;将双曲双扭网壳下部支撑结构形式分为三种:框架柱与柱斜撑组合、框架柱和无底座。其中双曲双扭网壳底座结构的框架支撑柱高度为 4m。研究不同截面形式下的杆件对双曲双扭网壳结构中杆件灵敏度的影响,其中以下部支撑结构为框架柱与柱斜撑组合为例;研究下部不同支撑结构形式对双曲双扭网壳结构中杆件灵敏度的影响,取网壳杆件为矩形截面形式为例进行具体分析。分别对上述不同参数下的双曲双扭网壳结构进行杆件灵敏度分析,网壳杆件圆形截面具体尺寸见表 5.1,有限元模型见图 5.1。
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结论
 
随着社会的不断进步,经济发展迅猛,大跨度网壳结构受到愈来愈多的青睐,与此同时,其安全性也被予以重视,因此对双曲双扭网壳结构进行抗连续倒塌性能分析是很有必要的。本文首先对一实际工程双曲双扭矩形钢管网壳结构的静动力性能进行相关分析,并建立与网壳结构中关键杆件规格相同的通直矩形钢管,研究两种节点的塑性发展和屈曲形态。本文对双曲双扭网壳结构的三种支撑结构形式(框架柱与柱斜撑组合、框架柱和无底座下)进行 EL-centro 波和天津波下的强震作用分析,从而了解强震作用下双曲双扭网壳结构的抗连续倒塌性能和倒塌失效机理。为了进一步分析双曲双扭网壳结构中不同参数对杆件灵敏度的影响,本文将网壳杆件截面形式分为两种:矩形截面和圆形截面;将双曲双扭网壳下部支撑结构形式分为三种:框架柱与柱斜撑组合、框架柱和无底座。研究结论有:
(1)在Ⅷ度罕遇地震作用下,双曲双扭矩形钢管网壳结构处于完全弹性状态,在Ⅸ度罕遇地震作用下,网壳部分杆件开始屈服,结构发生塑性变形,符合结构设计的基本原则。双曲双扭矩形钢管网壳与传统球网壳结构一样具有良好的抗震性能和抗风性能。通直矩形钢管节点承载能力大于双曲双扭矩形钢管节点,非贯通杆件的位移变形趋向与通直矩形钢管相反。两种节点贯通杆件与非贯通杆件连接部位应力都是最大且最先由弹性进入塑性阶段。因此在此类节点设计上,可在节点贯通杆件与非贯通杆件连接部位加设加劲板一类来提高节点稳定性。
(2)双曲双扭网壳结构抗震性能良好,本文所讨论的基于三种下部支撑形式(框架柱与柱斜撑组合、框架柱和无底座)的双曲双扭网壳结构破坏的加速度幅值约在 2250gal-3000gal。在 EL-centro 波的作用下,下部支撑形式为框架柱与柱斜撑组合结构的抗震性能与无底座结构相近,这两种结构的抗震性能略优于下部支撑形式为框架柱结构;在天津波作用下,框架柱与柱斜撑组合结构的抗震性能略优于无底座结构,这两种结构形式的抗震性能要优于框架柱结构。双曲双扭网壳结构在地震波作用下,不断增大加速度幅值,杆件进入塑性的比率逐层增加,最大节点位移不断加大。随着塑性发展的不断深入,网壳结构刚度削弱,最后部分杆件达到屈服上限,进而发生强度破坏。随着加速度幅值的不断增加,节点振动幅度愈来愈大,逐渐开始偏移平衡位置,结构最终因失稳而破坏。结构在地震作用下发生强度破坏的加速度幅值大多小于发生失稳破坏的加速度幅值,即双曲双扭网壳结构因强度而破坏早于因失稳而破坏。因此双曲双扭网壳结构在强震下发生的倒塌行为大多是动力强度破坏。
(3)双曲双扭网壳结构中灵敏度值高的杆件分布范围与特征值屈曲分析第一阶模态大响应区域相近。杆件采用矩形截面的灵敏度值平均大于圆形截面。双曲双扭网壳在不同的下部支撑结构形式时,高灵敏度值的杆件分布具有一定的相似性。杆件灵敏度和节点灵敏度依次按框架柱、框架柱与柱斜撑组合、无底座结构形式的顺序依次降低,其中无底座结构的杆件和节点灵敏度值离散性最小。下部支撑结构形式为框架柱时杆件的灵敏度值最大,这时杆件若是失效,网壳结构的整体稳定性将受到威胁,结构的连续性倒塌风险与杆件的突出成正比。双曲双扭矩形钢管网壳结构中灵敏度值较高的杆件在 6 根以内失效时,结构的极限承载力虽有一定衰减,但受损网壳仍处于安全范围之内,没有发生连续倒塌破坏;同样的,当 2 个以内的灵敏度靠前的关键节点破坏时,结构不会引发连续性倒塌破坏。但是当 7 根杆件或 3 个节点发生失效后,结构刚度骤减,塑性程度加深,受损结构已丧失承载正常使用荷载能力。故应对双曲双扭网壳中灵敏度值较高的杆件和节点进行相应的保护,以达到即便在遭受意外荷载破坏时,网壳结构仍能具有较高冗余度的目的。
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参考文献(略)
 
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