论文部分内容阅读
随着我国城市化进程不断加快,以网格结构为代表的大跨度杆系结构建筑越来越多的出现在人们的生活中。单层网壳作为大跨度杆系结构的一种表现形式,具有结构轻盈、造型多变、受力合理、材料节省等优点,常用于大型公共活动场所。近年来随着城市的膨胀发展和自然灾害(特别是灾难地震)的不断增多,该类结构又通常设计为抗震避难场所。因此,对该类建筑提高到灾难地震设防水准,进行较准确的地震下的动力弹塑性分析成为热点的科学研究问题。本文将利用SAP2000集中塑性铰单元模型有限元动力时程分析软件,模拟既有网壳结构模型地震台试验过程、既有单层网壳强震下弹塑性动力响应分析过程,并通过对比分析,研究集中塑性铰单元模型动力时程分析方法在空间网壳结构地震弹塑性分析中的可行性与实用性,并同时对单层网壳结构强震下的弹塑性性能进行探讨。
首先按照SAP2000中默认PMM铰相关曲线的推导方式推导出圆钢管的相关曲线,并对圆钢管PMM铰相关参数进行指定。然后按照既有振动台实验实际模型建立了三个K6型单层网壳等比例模型,运用以上选定的圆钢管PMM铰定义方法进行定义,运用SAP2000分析设计软件对实验过程进行仿真模拟,比较弹塑性动力分析结果与实验结果,验证对圆钢管PMM铰定义方法的正确性。最后建立了40m跨、矢跨比为1/3的K8型单层网壳模型,依然运用以上选定的圆钢管PMM铰定义方法进行定义,运用SAP2000软件进行动力弹塑性分析,将此结果与沈世钊等人运用ANSYS软件对相同模型进行分析所得结果进行对比,说明用该方法对圆钢管网壳结构弹塑性动力性能进行研究的优越性。
通过本文的研究,可得出结论如下:
1、单层网壳结构在地震作用下的破坏始于支座附近及靠近肋杆的斜杆杆件端部,最终破坏是由网壳结构底部第一圈、第二圈结构杆件失稳或节点破坏引起的。说明这些地方是结构的刚度突变处,设计时应特别注意。结构发生动力失稳破坏的原因是结构经历了较大的塑性变形,并且由于部分杆件达到极限强度后刚度退化,使结构不能保持原有位形而发生动力失稳破坏。可见在地震作用下,该处为网壳的抗震薄弱部位,应引起特别注意。
2、将结构不同杆件单元划分精度的分析结果进行对比,发现杆件单元的三种划分精度都能大致描述结构破坏的过程,无论最大节点位移-加速度峰值曲线,还是杆件的塑性发展程度和结构的变形形态,都有很高的相似程度,从整体而言单元划分的精度对结构动力响应的影响不大。
3、对杆件单元用本文所述P-M2-M3铰定义方法进行塑性铰定义,分析结果表明:在杆件单元布置P-M2-M3铰可以很好的模拟试验,本文所述P-M2-M3铰定义方法可行。
4、SAP2000中使用塑性铰模拟构件进入弹塑性性能,Pipe20模型利用积分点表征构件的塑性性能,相比而言,前者可以较好地计入单元整体稳定对结构体系动力响应的影响,这是后者不能比拟的,也是后者分析网壳结构地震承载力偏大的原因之一。同时,单元集中塑性铰模型具有其独特的优势,如直观易懂,计算效率较高,易被工程师掌握使用。