大跨空间网壳结构设计中反应谱法和时程分析法的探讨百度Word下载.docx

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timehistoryanalysismethod;

longspanspacereticulateshells;

designanalysis

0　引言

时程分析法的缺点有:

1分析和结果受选择地震波的影响很大,存在一定局限性;

2为得到结构反应的统计结果,必须对多条地震波进行分析,计算工作量很大;

3对于大跨空间结构,由于节点和杆件数目比较多,因此采用时程分析法进行计算比较费时。

以上缺点限制了时程分析法的广泛应用[324]。

《网壳结构技术规程》[1]规定:

对网壳结构地震效应进行计算时,可采用振型分解反应谱法,对于体型复杂和重要的大跨度网壳结构应采用时程分析法进行补充验算。

研究大跨空间网壳结构反应谱法与时程分析法的计算结果误差的大小及其影响因素,可为大跨空间网壳结构提供设计依据。

1　动力特性分析

用反应谱法分析了三个大跨空间网壳结构的水平地震作用,分别考虑了不同矢跨比的情况,不同跨度、不同矢跨比结构的杆件数和节点数列于表1。

三个算例采用了ElCentro波、上海波、唐山波和兰州波。

ElCentro波的基本动力参数为8度、远震、Ⅱ类场地,持时30s,加速度峰值为34117cmΠs2;

上海地震波的基本动力参数为8度、远震、Ⅳ类场地土,持时2419s,加速度峰值为19015cmΠs2;

唐山波的参数为Ⅱ类场地,持时49122s,加速度峰值65194cmΠs2;

兰州波的基本参数为Ⅲ类场地,持时1616s,加速度峰值18714cm/s2。

网壳

节点和杆件数量表表1跨度（m5080120

矢跨比012501375015012501375015012501375015

节点数量319367415847847103994311351423杆件数量117613681560319231923960357643445496

与下部结构的连接通过不同的支座条件模拟。

算例1为半圆形双层球壳,直径为50m,矢跨比为015时的计算模型如图1（a所示。

杆件采用空间杆单元,主要的截面采用p115,p2,p3的钢管,其钢管外径分别为48,60,89mm,厚度为316,4,515mm;

节点铰接,支座采用三向固定铰支座,共16个;

结构承受静荷载619kN,活荷载316kN,按集中质量处理。

算例2为半圆形双层球壳,直径为80m,矢跨比为01375时的计算模型如图1（b所示,支座采用三向固定铰支座,共32个,结构承受静荷载1019kN,活荷载316kN,按集中质量处理。

其他情况同算例1。

算例3为半圆形双层球壳,直径为120m,矢跨比为0125时的计算模型如图1（c所示,支座采用三向固定铰支座,共32个,结构承受静荷载1717kN,活荷载316kN,按集中质量处理。

　　应用有限元分析程序对双层球面网壳结构进行了计算,采用子空间迭代方法[2]求出了网壳结构的前20阶自振频率和振型,其中前12阶结果列于表2;

图2列出了80m跨网壳结构矢跨比为015时的前12阶振型。

46

从表2和图2可以看出,结构频谱密集,振动复杂,表现为扭转、水平、竖向振动的耦合,故从自振特性分析,很难看出其在地震作用下的动力响应以哪个方向振动为主。

由于大跨空间网壳结构的周期比较长,振型密集,为了分析振型分解反应谱法的计算精度,采用时程分析法和反应谱两种分析方法进行对比分析。

不同矢跨比时的周期（s

表2

跨度（m

50

80120矢跨比01250137501501250137501

5012501

375015T10134201419620141946015519401581030175907016871801812691103929T20134101419130141543015491001580110175747016868801810741103762T30134101419050135635013364701356320144810014410001470810159178T40134001415360135140013360201331240135654014374001449780146846T50134001415210135129013311601330680135622013863701448940146781T60134001412650135063012565901260020130384013520701364240142083T70134001412620134978012522101250840129874013520201350400141886T80133901411540134847012496801243760129515013520201347800139442T90130001374130134553012365201242150129511013519201339890139403T100130001373470134500012359901241800129453013514401339310138005T110130001373450133664012346201233830129384013514201339050136537T1201299

013719901335950123455

0123378

0129383

0135138

0133370

0136514

2　两种计算方法对比分析211　评价参数

为了方便对计算结果的评价,定义参数ζmc为:

ζmc=时程分析法计算结果Π反应谱法计算结果从上式可以看出,ζmc>

110意味着时程分析法得到的

杆件内力较采用反应谱法有所增加,ζmc>

112意味着采用时程分析法时杆件的内力较采用反应谱法时有更明显的增加,ζmc<

110意味着采用反应谱法时结构的响应偏于保守,ζmc<

018意味着采用反应谱法时结构的响应偏于更加保守。

ζmc<

018的杆件数量越多,说明采用反应谱法分析大跨空间结构时越偏于保守;

ζmc

>

112的杆件数量越多,说明采用反应谱法分析大跨空

间结构时越偏于危险。

018和ζmc>

112的杆件数量

表3

跨度（m50

80120矢跨比012501375015

012501375015012501375015

ElCentro波

上海波

唐山波

兰州波

018808878

3281481461629274784ζmc>

1129921156887216190557407

441

20ζmc<

018220236457

1192753590

7491181

804ζmc>

112402475133781528280823952498

573ζmc<

01856712679

57250620187754757ζmc>

112448986430210552505891736ζmc<

01811321381410

242628231092193521855234

ζmc>

1122437195

321

156

744

700

423

125

算例中各个杆件的ζmc值列于表3。

由表3可得,当采用不同地震波时,各种矢跨比及跨度下,ζmc<

018的杆件数量高达3281根,ζmc>

112的杆件数量最多达到了2808根,说明采用反应谱法时结构的响应与采用

时程分析法的结构响应具有较大差异。

从表3还可以

图1　不同跨度的结构计算模型

图2　80m跨网壳结构前12阶振型

5

6

看出,ζ

mc>

112和ζmc<

018的杆件数量与结构跨度、矢跨比以及地震波的选取有关,并且这几种影响因素相互影响。

212结构杆件的划分

为了分析采用反应谱方法进行结构抗震分析的精度,根据表4对结构杆件进行区间划分,定义3~4号区间对应的杆件为采用反应谱法计算时杆件可能偏于危险的杆件。

1~2号区间对应的杆件为采用反应谱法计算时杆件可能偏于保守的杆件。

属于4号区间的杆件在抗震设计时应该引起注意。

根据表4的组合区间,可以统计得到在不同组合区间下的杆件数量,见表5。

由表5知:

当采用不同的地震波时,危险杆件的数量分别最高达到总杆件数量的1013%,1411%,712%,2%;

且危险杆件主要分布在3号区间。

表5还表明,当采用不同地震波时,4号区间的杆件分别占到总杆件数量的115%,118%,1%,012%。

计算发现,出当矢跨比为0125时,属于4号区间的杆件主要分布于结构的边缘,当矢跨比为015时,主要分布在与地震波传播方向垂直的轴线附近,可见这类杆件的分布位置与矢

四种组合区间编号

表4

杆件内力（kN

018

ζm>

112

5~151#3#大于15

2#

4#

图3　危险杆件的分布图

区间1~4危险杆件数量统计（个

表