钢筋混凝土支承框架对K8网壳动力性能影响的分析.pdf
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1、6 2 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 3 8卷第 5 期 2 0 1 2年 l 0月 钢筋混凝土支承框架对 K 8网壳动力性能影响的分析 燕保军, 侯幸云 ( 河北建设集团 , 河北 保定0 7 1 0 0 1 ) 摘要: 依据非线性有限元理论, 利用 A N S Y S 有限元分析程序 , 把钢筋混凝土支承框架和 K 8网壳结构体系作为一 个整体结构体系进行分析。通过分析, 系统地研究了地震荷载作用下钢筋混凝土支承框架对网壳结构动力性能的 影响。 关键词: 非线性有限元; K 8型网壳; 地震荷载作用; 动力分析
2、 中图分类号 : T U 3 3 文献 标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 6 2 0 5 Dy n a mi c a n a l y s i s o f K8 g r i d s h e l l c o n s i d e r i n g r e i n f o r c e d c o n c r e t e f r a me s t r uc t u r e Y A N B a o j u n HO U X i n g y u n ( H e b e i J i a n s h e C o n s t r u c t i o n
3、G r o u p C o , L t d , B a o d i n g 0 7 1 0 0 1 , C h i n a ) Ab s t r a c t : B a s e d o n n o n l i n e a r fi n i t e e l e me n t t h e o r y, a s y s t e m c o mp o s e d b y s h e H a n d r e i n f o r c e d c o n c r e t e f r a me s t ruc t u r e w i l l b e a n a l y z e d b y u s i n g
4、f i n i t e e l e me n t p r o g r a m AN S Y S I n t h e a n a l y s i s , t h e K 8 d s h e l l a f f e c t e d b y t h e f r am e s t ruc t u r e i s a n aly z e d s y s t e ma t i c all y u n d e r t h e e a a h q u a k e l o a d i n g i n t h i s p a p e r Ke y wo r d s : n o n l i n e a r fi n
5、 i t e e l e me n t me t h o d; K8 g rid s h e U;e a a h q u a k e l o a d i n g; d y n a mi c a n a l y s i s 0 前言 目前, 国内文献在网壳的动力时程分析研究领 域取得 了很多成果 引。但是, 这些研究成果大多是 将地震荷载直接作用在网壳结构上 。事实上 , 很多 网壳结构支承在钢筋混凝土框架结构上, 地震荷载 通过地面运动传递给支 承框架 , 而后由框架传 给网 壳。因此钢筋混凝土框架结构对网壳结构的动力性 能产生了很大的影响。 凯威特型网壳是 目前研究 、 应用非常广泛的一 种
6、网壳形式 。本文采用非线性有 限元理论 , 把 钢筋 混凝土支承框架和 K 8网壳结构体系作为一个整体 结构体系进行分析。 K 8网壳结构体系 : 跨度 4 0 m, 矢跨 比为 0 2 。 钢筋混凝土支承框架体系 : 柱 H: 6 i n , A=4 5 0 4 5 0 ( 1 l l m ) , 梁 A= 3 5 0 6 0 0 ( m m ) , C 3 0 。 1 基本理 论 1 1 分析模型的确定 K 8型网壳 : 跨度为 4 0 m, 矢跨 比为 0 2 , 采用 圆 收稿 日期 : 2 0 1 1 4 ) 4 2 9 作者简介 : 燕保 ( 1 9 7 7一), 男 , 河北 保
7、定 人, 研 究生 , 工程 师 , 主要 从事结构 程方面的研究和施 工。 Ema i l y b j 0 9 0 8 1 2 6 C o rn V 八 J 1 J r f L 厂 一 、 f ! I t l 厂 、 、 , 、 l 7 Z 图 1 网壳结构平面 Fi g 1 Th e s t r uc t ur e pl a ne gr aph o f gr i d s he R 图2 框架 结构 立面 Fi g 2 The f r ame s t ru c t ur e e l e v at i o n 、 。 , , 、 、 , 、 r 1, , 1 I 八 r 、 1 1 , l I
8、 、 厂 r l I l l I I I 图 3整体结构立面 Fi g 3 The whol e s t ru c t ur e o f e l e va t i o n 形焊接钢管 , Q 2 3 5钢 ; 屋面板质量取 3 0 k g m ; 图 4 燕保军, 等: 钢筋混凝土支承框架对 K 8网壳动力性能影响的分析 6 3 中杆件截面 1 3依次为 6 6 o3 5 m m, 6 7 63 5 m m。 4 , 8 8 5 X 4 m m。 钢筋混凝土支承框架 : 框架柱 : A= 4 5 0 4 5 0 ( m m ) , 柱高 H: 6 m; 框架梁 : A= 3 5 0 X 6 0
9、 0 ( mm ) ; 钢筋混凝土标号为 C 3 0 。 框架结构与网壳结构采用 刚性梁单元连接, 刚 性粱高 日= 0 2 m, 下端刚接 , 上端铰接。 图 4 网壳杆件截面编号 Fi g 4 S e c t i on n um b e r i n g o f gr i d s he l l ba r s 1 2 组合结构阻尼的计算 由于不 同材料其能量耗散机理不一样 , 目前在 抗震设计 中对 于 由两种不 同材料 ( 钢 和钢筋混凝 土) 组合成的结构体系, 其相应的阻尼比应按整体 结构进行动力分析来确定 。 整体结构的阻尼比: = 一 ( 1 ) i=1 式 中 为整体结构 的阻尼
10、比; ; 为第 i 个构件阻 尼 比, 对钢结构取 0 0 2 , 对 混凝土结构取 0 0 5 ; Wi 为第 i 个构件的位能: r ( + 一M M )( 2 ) 式中 i , i 为作用在第 i 个梁元两端的外力偶 矩 ; 厶为第 i 个梁元长度 ; E为弹性模量 ; , 为单元转 动惯量。 整体结构的阻尼 比确定后 , 再按公式 ( 3 ) 计算 结构 的阻尼系数 】 : 式 中 为整体结构 的阻尼比; T i , 为整体结构的 第 i , _ 个周期 ; ; , j 为整体结构的第 i, 个 圆频 率 。 2 结构静力分析 由于 K 8型 网壳结构的多轴对称性 , 对静 力分 析的
11、结果 , 可以仅取 网壳的 1 8进行分析。通过对 有框架和无框架时的静力分析计算, 得到网壳的节 点位移见表 1 , 网壳的杆件轴力见表 2 。 表 1 2中所列数值为网壳结构几何非线性静 力分析的最后一步迭代计算结果。 表1 中总位移U= + 2 + , 式中U x , U y , U 为节点在 X, y , Z三个坐标轴方 向上的位移。 , , , 】 _ 八 4 二 f : 图 5 网壳节点编号 Fi g 5 Numb e r i n g o f g r i d s h e n o d e s 一 2 8 、 2 4 8 、3 0 4 3 7 6 一 31 4 s m Z 5 4 z
12、s 2 5 - z L 。 之 。 0 l u ,S :。 2 7 S 。 S 1 , i : 。 102 j j 70 9 I 7 9 , i 、,一一, 9 , i 一 9 。 。 4: 。 : 。 。 。 图 6 网壳杆件单元编号 Fi g 6 El e m e n t n umb e r i n g o f g r i d s h e l l b a r s 者 一 。 l l 2 一 一 = 一 一 一 6 4 四川建筑科学研究 第 3 8卷 表 2 静力分析的杆件轴力 Ta bl e 2 Ax i a l f or c e o f t he po l e s i n t h e s
13、 t a t i c an al ys i s N 差 有 框 架 无 框 架 萎 差 有 框 架无 框 架 类 型 编 号 类 型 编 号 1 7 6 2 6 2 8 l 一2 6 2 O 4 1 7 7 1 7 5 8 7一l 7 6 6 5 l 7 8 3 6 3 7 l 一3 6 3 8 7 1 8 0 1 7 5 8 81 7 6 6 7 2 0 2 4 0 2 4 0 3 9 7 2 3 20 1 一l l 5 4 4一l 1 6 6 6 2 4 2 4 1 7 5 4 4 0 6 2 0 2 0 4 2 9 1 6 22 9 O 5 9 298 4l 4 04 35 78 6 2
14、 03 2 91 5 72 905 4 径向 3 7 0 4 3 2 9 0 1 8 3 9 5 2 0 6 一l 1 5 4 3 一l l 6 6 5 杆件 1 6 9 2 6 2 8 5 2 6 2 0 7 2 4 1 8 2 O 2 9 I l 2 l 7 9 3 6 3 6 7 3 6 3 8 3 2 4 4 - 3 3 9 4 9 3 3 8 4 8 2 O 5 4 0 2 3 9 3 9 7 2 2 2 4 3 2 1 6 3 22 2 6 0 2 2 4 7 4 1 7 5 7 4 O 6 2 l 2 4 6 2 1 6 2 8 2 2 5 9 9 3 O 5 4 1 4 0 4
15、 3 5 7 7 9 2 4 5 - 3 3 9 4 8 3 3 8 4 7 3 7 9 4 3 3 0 3 - 1 8 3 9 7 24 8 8 1 9 9 9 1 1 0 2 9 7 9 3 9 2 1 0 8 3 3 3 0 0 3 8 5 6 5 3 4 5 5 9 2 9 9 1 8 9 5 02 1 6 0 7 3 0 2 2 8 8 0 82 8 46 6 斜杆 3 0 1 2 8 8 0 6 2 8 463 3 0 4 - 1 8 9 4 9 2 1 6 0 6 3 0 3 3 8 5 6 43 4 5 5 8 3 0 6 9 3 9 3 1 0 8 3 7 3 6 9 2 7
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