簡體高位懸挑鋼桁架平臺抗震性能的研究

《簡體高位懸挑鋼桁架平臺抗震性能的研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、第七屆I牟=國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)f：程學(xué)術(shù)研討會簡體高位懸挑鋼桁架平臺抗震性能的研究于敬海，王巍，蘇志德(天津大學(xué)建筑設(shè)計研究院．天津300072)摘要：混凝土簡體高位懸挑大型鋼桁架平臺是：}}{一混凝十混臺結(jié)構(gòu)中的新型結(jié)構(gòu)，采用sAP2000對塔樓進(jìn)行了整體動力性能和在常遇地震下的時程分析，總結(jié)了其在地震作用下的地震反應(yīng)特性，為地震區(qū)此類結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供參考依據(jù)。關(guān)鍵詞：鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)，高位懸挑鋼桁架，抗震性能，有限元分析一、引言混凝土筒體高位懸挑大型鋼桁架平臺作為鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)中的特種結(jié)構(gòu)，目前國內(nèi)外關(guān)于此類結(jié)構(gòu)的抗震性能的研究尚處于空白階段。為了確保這類結(jié)構(gòu)的抗震

2、安全性、減輕地震災(zāi)害，對這種結(jié)構(gòu)的抗震性能和設(shè)計方法開展系統(tǒng)和深入的研究已是工程的迫切需要。以某工程的主體塔樓為背景，對塔樓進(jìn)行了整體動力性能的分析，通過塔樓在常遇地震下的時程分析。總結(jié)了其在地震作用下的地震反應(yīng)特性，為地震區(qū)此類結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供參考依據(jù)。二、有限元計算模型(一)工程概況算例工程由主體塔樓及裙房組成，結(jié)構(gòu)形式為鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)。主體塔樓為全澆鋼骨混凝土梯形簡體，建筑總高度為31．6米；觀景平臺位于簡體懸挑部分，結(jié)構(gòu)形式為空間鋼桁架構(gòu)成，抗震設(shè)防烈度為7度。。(=)計算模型的建立本文采用通劇結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟什sAP2000對結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行分析。鍘桁

3、架平臺的桿件采用線單元中的框架單元模擬其彎曲、扭轉(zhuǎn)、軸向變形和剪切變形等斂應(yīng)?；炷虾嗴w和樓板則采用面單元中的殼單元，同時考慮其平面內(nèi)和平面外的剛度。鋼桁架的框架單元和混凝土筒體的殼單元在重合部位采用了公共節(jié)點(diǎn)保證了兩者的協(xié)同工作，分析中設(shè)定塔樓和地面固結(jié)，計算模型如罔1所示。a立體圖三、動力性能分析1882b平面圖圖1主體塔樓的計算模型工業(yè)建筑2007增刊第七屆全同現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會表1塔樓的前20階周期振型l2345678910自振周期(s)0311202742O264l0185501575013920．12080．11970113101054振型1J121

4、314151617181920自振周期(s)009660．0916007940．0763007170071700707O0705O．068600675圖2整體塔樓前六階振型。結(jié)構(gòu)的第一振型表現(xiàn)為鋼桁架甲臺前端的交替性擺動，第二振型表現(xiàn)為鋼桁架平臺前端的上下整體擺動，筒體沒有出現(xiàn)振動。由于將處于鋼桁架平臺上的拱形結(jié)構(gòu)作為筒載加在鋼桁架平臺兩端，其荷載較大，鋼桁架平臺相對于簡體的剛度較弱，導(dǎo)致了整體塔樓的前兩階振型表現(xiàn)為鋼桁架平臺的局部振動。結(jié)構(gòu)的第三振型出現(xiàn)了筒體x方向的平動和鉍桁架平臺前端的交替性擺動，第四振型出現(xiàn)了筒體Y方向的平動和鋼桁架平臺前端的上下整體擺動。這

5、一現(xiàn)象與簡體在x方向的剛度相對于Y方向上較小的實(shí)際情況是相符的。第五階振型出現(xiàn)了筒體的扭動，第六階振型為鋼桁架平臺后端的交替性擺動。此后的多數(shù)振型表現(xiàn)為鋼桁架平臺的局部振動。．’表2整體塔樓的累積振型質(zhì)量參與系數(shù)振型序號1050100x向累積質(zhì)量參與系數(shù)0．73190893040．91819Y向累積質(zhì)量參與系數(shù)n73486O88259O．903632向累積質(zhì)量參與系數(shù)0．136080．44445084247由表2可以看出，由于低階振型主要集，f，在簡體，前十階的x向、Y向振型質(zhì)量參與系數(shù)均超過70％；而高階振型集中在鍘桁架，并且主要體現(xiàn)在豎向振動上的貢獻(xiàn)，前十階的z

6、向累積振型質(zhì)量參與系數(shù)僅為13．6％，隨著振型序號的增加，當(dāng)達(dá)到100階時，z向累積振型質(zhì)量參與系數(shù)已經(jīng)提高到84％。在進(jìn)行地震響應(yīng)分析時這種帶大跨度懸挑結(jié)構(gòu)的塔樓的豎向地震效應(yīng)不容忽視。對于此類上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量大于下部結(jié)構(gòu)，且上部鍘桁架部分易發(fā)生鞭梢效應(yīng)，結(jié)構(gòu)受高振型的影響嚴(yán)重，計算分析時應(yīng)選用足夠數(shù)量的振型數(shù)。工業(yè)建筑2007增刊1883第七屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會四、塔樓地震反應(yīng)分析(一)阻尼比取值根據(jù)已有成果?【61可以明確混合結(jié)構(gòu)整體阻尼比處于混凝土和鋼結(jié)構(gòu)之間，大致在(3～4)％左右。本文初步設(shè)定結(jié)構(gòu)整體阻尼比為0．03、n035、O．04，并分別進(jìn)行反

7、應(yīng)譜分析，通過反應(yīng)譜結(jié)果的比較分析，整體阻尼比取0．035時塔樓的地震響應(yīng)值處于整體阻尼比取O．03和O．04時之間，其與兩者的差距在4％一6％之間。阻尼的改變對鋼桁架的影響大于對下部結(jié)構(gòu)的影響，高出一個百分點(diǎn)，這也驗(yàn)證了鋼桁架和筒體上部結(jié)構(gòu)的相互放大作用oo．035相對其它兩個取值，既經(jīng)濟(jì)又保證了可靠度，可以作為此類塔樓設(shè)計相對合適的整體阻尼比。(二)彈性時程分析結(jié)果及與反應(yīng)譜結(jié)果的比較表3基底剪力對比表方向瞰波天津渡人工波反應(yīng)譜法65％80％100％X274802181．222250816131985“8l剪力(KN)Y23495416】4421961171