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随着国家经济的快速增长,以钢管拱桁架结构为代表性的大跨度空间结构被广泛应用于公共建筑之中,火车站、航空港、体育馆、影剧院、展览馆、厂房、钢拱桥等建筑成为了城市亮丽的风景线。空间钢拱桁架结构造型别致、受力合理、抗震性能好,在地震等灾害发生后往往还能为灾民提供安全避难。但由于钢拱桁架结构发展时间较短,相应的规范尚不完善,缺乏深入的理论研究,所以研究该结构在强震作用下的破坏机理,分析此类结构是否具有良好的延性和足够的抗震能力成为了工程实践中急需解决的关键问题。
本文主要采用sap2000结构分析软件,对三心圆空间钢拱桁架结构体系进行了强震作用下的动力弹塑性分析,同时考虑材料及几何非线性,研究其延性指标及破坏形态的不同,为今后该体系抗震性能研究提供一定的参考。本文主要进行了以下工作:
1、弹性阶段设计:选择合理的设计参数,建立跨度为60m、矢跨比为0.2的三心圆空间钢拱桁架结构体系,截面选取遵循主要受力杆件控制强度应力比在1.0左右,腹杆等非主要受力杆件控制杆件长细比来进行。对结构进行模态分析,从结构的用钢量指标、应力比控制情况、周期、振型及荷载组合下最大位移等方面,了解该三心圆立体拱桁架结构的刚度和质量分布情况。
2、弹塑性阶段分析:选择适合Ⅲ类场地的LWD波、好莱坞波和上海人工波对结构进行动力弹塑性时程分析,通过逐渐加大地震波加速度峰值的方法对结构的最大节点位移,杆件进入塑性发展程度与比率、关键杆件轴力响应等进行全过程记录,确定模型在地震波下的弹塑性界限加速度、破坏界限加速度峰值与位移延性系数等,最终判定模型在不同地震波作用下的破坏形态及失效机理。
研究结果表明:
1、三心圆空间钢拱桁架结构在不同地震作用下水平延性系数均高于其竖向延性系数,说明结构水平方向的变形及耗能能力大于其竖向变形及耗能能力。
2、对比三种地震波作用下结构的破坏形态、延性系数大小及塑性铰的发展程度,可以看出结构在好莱坞波作用下抗震性能较好。
3、虽在不同地震波作用下杆件的塑性发展程度、数量有所差异,但结构的变形及破坏形态大致相近,通过塑性铰表现出的性态可知中间榀拱桁架的跨中部位是结构的薄弱区域。