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摘要 :对高层预应力索支撑平面钢框架结构的抗震性能进行分析,研究不同布索方案和预应力度对结构自振周期和侧移的影响规律。研究表明:方案1.1自振周期最小,抗侧刚度较大,抗侧移性能较好。索负温度下温度变化对结构自振周期没有影响。
关键词:预应力索;钢框架;抗震性能
引言
高层预应力索支撑钢框架结构是一种新的结构形式,预应力钢索不仅可以降低节点复杂程度,更能提供较好的抗侧刚度[1`2]。陈明进行了高层预应力高性能钢结构抗侧力体系性能的研究,考虑了不同的布索方案和钢材强度 [3]。冉克显进行了高层预应力斜撑钢框架风振舒适度研究[4]。本文进行预应力索支撑平面钢框架结构的弹性时程分析,为该体系的抗震研究提供依据。
1、计算模型
底层层高4m,标准层层高3.3m,共25层,总高度83.2m。采用Q345钢,索截面直径均取60mm,结构恒载取1 kN/m2,活载取2 kN/m2。抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度为0.2g,场地类别Ⅲ类,设计地震分组为第二组,特征周期Tg=0.55s。布索方式分为两大类,即中间两跨布置和全跨布置,又各细分为5种方案,见图1。
2、模拟结果和分析
2.1 模态分析
为了进行后续的弹性时程分析,首先进行了模态分析。表1为各种布索方案下结构的前五阶自振周期,从表中可以看出,从方案1.1至方案1.5,结构的各阶周期逐渐增大,方案2中2.3周期最小。表2为方案1.1改变索温度后的前五阶自振周期,从0℃到-10℃,各阶周期减小,但-20℃下各階周期不再变化。
采用直接积分法的非线性时程分析,考虑P-Δ和大位移,阻尼比取0.02。方案1.1至1.5各层最大位移曲线如图3所示。各条曲线呈波浪型,有波峰和波谷。方案1.1出现三个波峰和三个波谷,最大位移出现在顶层,位移值为57.2mm。方案1.2出现三个波峰和三个波谷,最大位移值出现在顶层,位移值为83.5mm。方案1.3出现四个波峰和四个波谷,最大位移值出现在顶层,位移值为66.1mm。方案1.4出现四个波峰和四个波谷,最大位移出现在顶层,位移值为55.1mm。方案1.5出现四个波峰和四个波谷,最大位移值出现在顶层,位移值为49.7mm。
方案2.1至2.5各层最大位移曲线如图4所示,各条曲线呈波浪型,有波峰和波谷。方案2.1出现五个波峰和五个波谷,最大位移出现在顶层,位移值为55.1mm。方案2.2出现三个波峰和三个波谷,最大位移出现在顶层,位移值为63.6mm。方案2.3出现四个波峰和四个波谷,最大位移出现在顶层,位移值为73.6mm。方案2.4出现五个波峰和五个波谷,最大位移出现在第12层,位移值为60.4mm。方案2.5出现五个波峰和五个波谷,最大位移出现在第11层,位移值为61.1mm。
将方案1.1和方案2.2各层最大位移曲线进行比较,如图5所示。两条曲线均出现三个波峰和三个波谷,波峰和波谷出现位置很接近,最大位移均出现在顶层,位移值分别为57.2mm和63.6mm。
3、结论
十种布索方案中,方案1.1的自振周期最小,说明抗侧刚度较大。弹性时程分析中,方案1.1出现三个波峰和三个波谷,顶层位移最大,位移值为57.2mm,其抗侧移性能较好。对索施加负温施加预应力,温度变化不影响结构自振周期。
参考文献:
[1] 预应力巨型支撑-钢框架结构的 Pushover 分析[J].江苏科技大学学报(自然科学版),2015,29(1):90-93
[2] 唐柏鉴,顾盛. 预应力巨型支撑-钢框架结构侧移模式研究[J].建筑科学,2010, 26(9):57-61
[3] 陈明.高层预应力高性能钢结构抗侧力体系性能研究[D].北京:北京工业大学硕士学位论文,2012.
[4] 冉克显.高层预应力斜撑钢框架风振舒适度研究[D].北京:北京工业大学硕士学位论文,2014.
作者简介:
杨意(1987—),女,硕士,廊坊师范学院建筑工程学院讲师,研究方向:钢结构与组合结构
项目名称:
廊坊市科学技术研究与发展计划自筹经费项目(2015011027)
关键词:预应力索;钢框架;抗震性能
引言
高层预应力索支撑钢框架结构是一种新的结构形式,预应力钢索不仅可以降低节点复杂程度,更能提供较好的抗侧刚度[1`2]。陈明进行了高层预应力高性能钢结构抗侧力体系性能的研究,考虑了不同的布索方案和钢材强度 [3]。冉克显进行了高层预应力斜撑钢框架风振舒适度研究[4]。本文进行预应力索支撑平面钢框架结构的弹性时程分析,为该体系的抗震研究提供依据。
1、计算模型
底层层高4m,标准层层高3.3m,共25层,总高度83.2m。采用Q345钢,索截面直径均取60mm,结构恒载取1 kN/m2,活载取2 kN/m2。抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度为0.2g,场地类别Ⅲ类,设计地震分组为第二组,特征周期Tg=0.55s。布索方式分为两大类,即中间两跨布置和全跨布置,又各细分为5种方案,见图1。
2、模拟结果和分析
2.1 模态分析
为了进行后续的弹性时程分析,首先进行了模态分析。表1为各种布索方案下结构的前五阶自振周期,从表中可以看出,从方案1.1至方案1.5,结构的各阶周期逐渐增大,方案2中2.3周期最小。表2为方案1.1改变索温度后的前五阶自振周期,从0℃到-10℃,各阶周期减小,但-20℃下各階周期不再变化。
采用直接积分法的非线性时程分析,考虑P-Δ和大位移,阻尼比取0.02。方案1.1至1.5各层最大位移曲线如图3所示。各条曲线呈波浪型,有波峰和波谷。方案1.1出现三个波峰和三个波谷,最大位移出现在顶层,位移值为57.2mm。方案1.2出现三个波峰和三个波谷,最大位移值出现在顶层,位移值为83.5mm。方案1.3出现四个波峰和四个波谷,最大位移值出现在顶层,位移值为66.1mm。方案1.4出现四个波峰和四个波谷,最大位移出现在顶层,位移值为55.1mm。方案1.5出现四个波峰和四个波谷,最大位移值出现在顶层,位移值为49.7mm。
方案2.1至2.5各层最大位移曲线如图4所示,各条曲线呈波浪型,有波峰和波谷。方案2.1出现五个波峰和五个波谷,最大位移出现在顶层,位移值为55.1mm。方案2.2出现三个波峰和三个波谷,最大位移出现在顶层,位移值为63.6mm。方案2.3出现四个波峰和四个波谷,最大位移出现在顶层,位移值为73.6mm。方案2.4出现五个波峰和五个波谷,最大位移出现在第12层,位移值为60.4mm。方案2.5出现五个波峰和五个波谷,最大位移出现在第11层,位移值为61.1mm。
将方案1.1和方案2.2各层最大位移曲线进行比较,如图5所示。两条曲线均出现三个波峰和三个波谷,波峰和波谷出现位置很接近,最大位移均出现在顶层,位移值分别为57.2mm和63.6mm。
3、结论
十种布索方案中,方案1.1的自振周期最小,说明抗侧刚度较大。弹性时程分析中,方案1.1出现三个波峰和三个波谷,顶层位移最大,位移值为57.2mm,其抗侧移性能较好。对索施加负温施加预应力,温度变化不影响结构自振周期。
参考文献:
[1] 预应力巨型支撑-钢框架结构的 Pushover 分析[J].江苏科技大学学报(自然科学版),2015,29(1):90-93
[2] 唐柏鉴,顾盛. 预应力巨型支撑-钢框架结构侧移模式研究[J].建筑科学,2010, 26(9):57-61
[3] 陈明.高层预应力高性能钢结构抗侧力体系性能研究[D].北京:北京工业大学硕士学位论文,2012.
[4] 冉克显.高层预应力斜撑钢框架风振舒适度研究[D].北京:北京工业大学硕士学位论文,2014.
作者简介:
杨意(1987—),女,硕士,廊坊师范学院建筑工程学院讲师,研究方向:钢结构与组合结构
项目名称:
廊坊市科学技术研究与发展计划自筹经费项目(2015011027)