考虑下部支承效应的单层柱面网壳结构抗震性能研究

发布时间：2021-03-07 15:59

　　为研究下部支承对单层柱面网壳整体结构抗震性能的影响,建立了包含下部支承的整体结构有限元模型。通过增量动力分析方法对典型算例开展参数分析,分析了下部支承刚度、屋面荷载等参数对整体结构抗震性能的影响规律。结果表明:考虑下部支承与单层柱面网壳的耦合效应后,结构的自振频率减小,整体结构的刚度明显减弱;单层柱面网壳耦合体系的强震失效模式为强支承结构的网壳动力强度破坏与弱支承结构的支承动力强度破坏;随着支承刚度的增加,整体结构的承载力先减小后增大,网壳结构的塑性发展程度先增加后减小,下部支承结构的塑性发展程度逐渐减小;支承刚度越大,屋面荷载对结构承载力的影响越明显,整体结构的承载力随着屋面荷载的增加逐渐降低;考虑下部支承后整体结构的承载力降低了42.4%～85.5%,降低的原因主要包括下部支承结构的动力放大作用和柱间的不同步效应。 

【文章来源】：建筑结构学报. 2020,41(S1)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

结构杆件积分点分布

为系统研究下部支承结构对柱面网壳整体结构抗震性能的影响特点和规律，以三向网格型单层柱面网壳为分析对象，设计了多组计算模型。该类型柱壳的杆件和节点形式统一、刚度大，是一种常见的工程结构形式。如图1所示，整体结构由上部单层柱面网壳和下部支承框架组成，网壳的支座节点与框架梁节点间以三向铰接的方式进行连接。上部网壳由两种截面尺寸的圆钢管组成，下部支承框架均采用方钢管，为方便建模，梁柱截面尺寸保持一致。下部支承框架梁考虑填充墙荷载，容重以20 k N/m3进行设计。整体结构的杆件截面尺寸符合常规静力设计要求。网壳结构其周边边界条件均为三向铰支，下部框架支承柱为三向铰支。计算模型编号以编号“S203181204”为例说明，其中，“S”表示考虑初始缺陷的网壳，“20”表示跨度为20 m;“3”表示矢跨比f/B的倒数为3，“18”表示长宽比L/B为1.8;“12”表示屋面荷载为120 kg/m2，“04”表示柱截面(正方形)边长为0.4 m，此时方钢管柱壁厚0.01 m。而编号“S203181204-SAM”表示与之对应的不考虑下部支承影响的单层柱面网壳模型。1.2 材料选取及单元类型

振型对结构在动力荷载作用下的响应会产生重要影响，因此对各整体结构开展详细的振型分析。当下部支承刚度较大时，支承的刚度变化对结构振型几乎没有影响。选取了下部支承柱截面边长为0.4 m、1.0 m的模型S2031812进行振型对比分析，给出了结构前2阶振型，见图4。可见，当下部支承柱截面尺寸较小时，由于下部柱刚度较弱，振型以网壳与下部支承模型的协同变形为主。对于下部支承刚度较大的结构，由于柱的刚度较大，振型以上部网壳的变形为主，这与简化模型的振型是趋近的。从图3中也可以发现，这两种结构第1阶振型的网壳变形形态一致，第2阶的网壳变形开始出现差异，这说明随着下部支承刚度的逐渐增加，整体结构的振型模态会发生较大变化。分析结构前10阶自振周期，下部支承柱截面边长从0.4 m增加至1.0 m，第1阶自振周期减小幅度为11%，后9阶自振周期减小幅度为41%～66%，如表2所示，说明支承刚度的变化对整体结构高阶自振周期的影响较为显著。图4 结构前2阶振型对比

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于IDA方法的钢柱支承网壳结构失效特征[J]. 于志伟,卢晨,刘坚,李杰,邹剑.  广州大学学报(自然科学版). 2016(06)
[2]芦山地震中大跨空间结构主要破坏模式及数值分析[J]. 聂桂波,戴君武,张辰啸,支旭东.  土木工程学报. 2015(04)
[3]空间结构的发展历史、创新、形式分类与实践应用[J]. 董石麟.  空间结构. 2009(03)
[4]强震作用下球面网壳动力强度破坏研究[J]. 范峰,钱宏亮,邢佶慧,支旭东,沈世钊.  哈尔滨工业大学学报. 2004(06)
[5]大跨空间结构的发展——回顾与展望[J]. 沈世钊.  土木工程学报. 1998(03)

博士论文
[1]网壳结构基于损伤累积本构强震失效机理及抗震性能评估[D]. 聂桂波.哈尔滨工业大学 2012

硕士论文
[1]网壳结构与下部支承体系协同工作的研究[D]. 刘成军.东南大学 2005
[2]网壳屋盖与下部支承结构组合体系静、动力性能研究[D]. 徐光辉.东南大学 2005



本文编号：3069402