隔震支座算例

1、-作者xxxx-日期xxxx隔震支座算例【精品文檔】隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展及人類生活的改善，建筑結(jié)構(gòu)形式越來越向高、輕、大這三個方向發(fā)展。空間結(jié)構(gòu)具有空間跨度大，結(jié)構(gòu)整體剛度大，結(jié)構(gòu)受力合理，耗材少、重量輕等優(yōu)點，在我國得到了較大應用。但是大跨度結(jié)構(gòu)往往是用于一些人員密集的公共建筑，如何減小其在地震作用下的響應，改善其抗震性能，也應該得到相應的重視。目前結(jié)構(gòu)振動控制的研究應用主要在高層及高聳建筑，如何在大跨度空間結(jié)構(gòu)運用這一結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù), 引起了國內(nèi)外學者的重視。大跨度自由曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的頻率十分密集, 結(jié)構(gòu)振型比較復雜。其與下部結(jié)構(gòu)之間的連接情況, 對自由曲面網(wǎng)殼動力性能的影響十分顯著。本文即

2、是在這一背景下研究分析了自由曲面單層網(wǎng)殼的隔震性能, 通過研究設(shè)置隔震支座的曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力響應, 總結(jié)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中隔震性能的規(guī)律, 為以后的網(wǎng)殼的隔震設(shè)計提供一些建議。在土木工程中常用的各種減震措施中，隔振技術(shù)是發(fā)展較為成熟的一種。許多采用了隔震技術(shù)的實際工程經(jīng)受了地震考研，取得了較好的效果。目前，美日歐等國相繼退出了與之相應的規(guī)范或標準，標志著隔振技術(shù)進入實用化的階段。支座是大跨空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的支撐部分，它起著傳遞上部結(jié)構(gòu)的支承反力，協(xié)調(diào)上下部結(jié)構(gòu)變形，并且直接傳遞下部地震作用到結(jié)構(gòu)上。通過在空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與其支座間設(shè)置隔震裝置，使結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)部件與可能引起的地面運動或支座隔離開來，

3、以減小傳到網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)上的地震效應。地震動的輸入算例中分別采用了EL-Centro三向地震波(1940年)和TAFT三向地震波輸入，其地震波的時程曲線如下所示： X向EL-Centro波時程 Y向EL-Centro波時程 Z向EL-Centro波時程 X向TAFT波時程 Y向TAFT波時程 Z向TAFT波時程計算模型1采用了常見的四邊形索支撐單層空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，計算其在四邊鉸支和四邊彈性支撐情況大震下的響應。該網(wǎng)殼跨度為20m，長度為30m。桿件采用方鋼管，規(guī)格為100mm×100mm×4mm，材料為Q345鋼，彈性模量×1011N/m2，索采用不銹鋼絞線，彈性模量&#

4、215;1011 N/m2，索的截面面積為2，索的初始預應力為150Mpa。節(jié)點形式為剛接節(jié)點，支座采用理想鉸支座，四邊支承。作為對比，將其周邊鉸支座替換成彈簧支座，其他條件不變，計算地震下的反應。為簡化計算，采用單向彈簧單元模擬各個方向的彈性支撐，具體的是采用ANSYS中的combin14模擬彈簧支座，其豎向剛度取為860KN/mm，水平剛度，阻尼比取為。 圖1 周邊鉸支網(wǎng)殼模型 圖2 周邊彈性支座網(wǎng)殼模型選用適合二類場地的EL-Centro 波(1940 年)和TAFT波對其進行了8度罕遇(400gal)和9度罕遇地震(620gal)下的響應分析，三向輸入，采用ANSYS軟件時程分析方法對

5、結(jié)構(gòu)罕遇地震作用下進行計算，比較了地震下最大節(jié)點位移，最大加速度和桿件最大應力值。計算上EL-Centro波和TAFT波時間間隔均為，持時均為40s。 結(jié)構(gòu)自振特性首先分析結(jié)構(gòu)在附加彈性隔震支座前后的自振特性，周邊鉸支和周邊彈性支撐的前30階自震頻率見（圖2），從該頻率曲線可見，采用了彈性支座后，結(jié)構(gòu)的整體剛度降低，自振周期延長，即結(jié)構(gòu)各階頻率降低。采用彈性支座后，該網(wǎng)殼的第一和第二自震周期分別由和提高到和0.756s，表明結(jié)構(gòu)動力性能得到了較好的提升。 圖2 原結(jié)構(gòu)和隔震結(jié)構(gòu)頻率比較罕遇地震作用分析在網(wǎng)殼設(shè)置彈性支座情況下，先提取所有支座節(jié)點位移，求取平均值，然后再提取網(wǎng)殼曲面上節(jié)點的最大位

6、移時程，二者相減即得到網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)上的最大節(jié)點相對位移。以下給出了罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)的基本響應。 EL-Centro波 TAFT波 圖3 周邊鉸支400gal地震波時Z向最大位移時程 EL-Centro波 TAFT波 圖4 周邊彈性支撐400gal地震波時Z向最大位移時程EL-Centro波 TAFT波 圖5 周邊鉸支620gal地震波時Z向最大位移時程EL-Centro波 TAFT波 圖6 周邊彈性支撐620gal地震波時Z向最大位移時程對比圖3、圖4和圖5、圖6可知，對四邊形索支撐單層空間網(wǎng)殼在采用彈性支座后，該網(wǎng)殼在EL-Centro波和TAFT波作用下，結(jié)構(gòu)豎向的最大節(jié)點位移均有較大幅度降

7、低，表明彈性支座的設(shè)置，起到了一定的隔減震效果，降低了地震激勵對上部結(jié)構(gòu)的影響。其他計算結(jié)果綜合統(tǒng)計于下列各表：最大節(jié)點位移(mm)周邊鉸支周邊彈性支撐UXUYUZUXUYUZELC 8度13.0TAFT 8度ELC 9度19.3TAFT 9度最大節(jié)點加速度值(m/s2)周邊鉸支周邊彈性支撐ACXACYACZACXACYACZELC 8度40284567TAFT 8度7588ELC 9度7538TAFT 9度56691桿件最大等效應力值(Mpa)周邊鉸支周邊彈性支撐降幅(%)ELC 8度TAFT 8度ELC 9度TAFT 9度92.1由上表可知：彈簧支座一定程度上減小了該網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在三個方向上的

8、最大節(jié)點加速度，說明彈簧的設(shè)置已經(jīng)起到了隔震的作用，降低了網(wǎng)殼的地震反應。但是對比數(shù)據(jù)可知，該支座對EL-Centro地震波下的隔震效果較TAFT波要好，這個可能是因為彈簧支座的設(shè)置，也減小了結(jié)構(gòu)在地震作用下的桿件應力。計算模型2前面計算了帶預應力索的四邊形空間網(wǎng)橋結(jié)構(gòu)，下面針對更為常用的三角形單層空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進行計算。該網(wǎng)殼跨度為50m，長度為60m。鋼桿件采用方鋼管，規(guī)格為100mm×100mm×4mm，材料為Q345鋼，彈性模量E=2.06×1011N/m2。節(jié)點形式為剛接節(jié)點，支座采用理想鉸支座，四邊支承。作為對比，將其周邊鉸支座替換成彈簧支座，其他條件不

9、變，計算地震下的各項反應。采用ANSYS中的combin14模擬彈簧支座，其豎向剛度取為860KN/mm，水平剛度0.304KN/mm，阻尼比取為0.05。圖7 周邊鉸支網(wǎng)殼模型 圖8 周邊彈性支座網(wǎng)殼模型 分別用EL-Centro波和TAFT地震波對其進行了8度罕遇(400gal)和9度罕遇地震(620gal)下的動力時程分析，比較了地震下最大節(jié)點位移，最大加速度和桿件最大應力值等指標。計算上EL-Centro波和TAFT波時間間隔均為，持時均為40s。 結(jié)構(gòu)自振特性首先分析結(jié)構(gòu)在周邊鉸支和周邊彈性支撐情況下的自振特性，周邊鉸支和周邊彈性支撐的前30階自震頻率見（圖9），彈性支撐后自振頻率有

10、所降低。采用彈性支座后，該網(wǎng)殼的第一和第二自震周期分別由和提高到和1.727s，表明結(jié)構(gòu)動力性能得到了較好的提升。 圖9 原結(jié)構(gòu)和隔震結(jié)構(gòu)頻率比較罕遇地震作用分析以下給出了罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)的基本響應。 EL-Centro波 TAFT波 圖10 周邊鉸支400gal地震波時Z向最大位移時程 EL-Centro波 TAFT波 圖11 周邊彈性支撐400gal地震波時Z向最大位移時程 EL-Centro波 TAFT波 圖12 周邊鉸支620gal地震波時Z向最大位移時程 EL-Centro波 TAFT波 圖13 周邊彈性支撐620gal地震波時Z向最大位移時程 同樣可見，設(shè)置彈性支撐后結(jié)構(gòu)的最大位移響應有所降低，支座起到了減弱地震效應的作用。其他計算結(jié)果綜合統(tǒng)計于下表：最大節(jié)點位移(mm)周邊鉸支周邊彈性支撐UXUYUZUXUYUZELC 8度TAFT 8度ELC 9度TAFT 9度最大節(jié)點加速度值(m/s2)周邊鉸支周邊彈性支撐ACXACYACZACXACYACZELC 8度59338TAFT 8