地震波输入方向对弦支穹顶结构动力稳定性的影响.pdf

第六届全国现代结构工程学术研讨会 地震波输入方向对弦支穹顶结构动力稳定性 的影响 刘慧娟 韩庆华 尹越 (天津大学建筑工程学院，300072) 提要：本文使用Ansys计算软件，采用时程响应方法，研究了水平、竖向和三向地震作用分别对弦支穹顶动力稳定结构影 响，并作了比较。计算过程中，采用逐步增大地震荷载幅值的方法，把位移响应突然增大时的地震荷载幅值作为结构的稳定 临界荷载。计算结果表明， 就失稳形态来说，竖向地震作用下，结构失稳形态是对称的，结构以中心点的最先凹陷而最终 倒塌，水平地震和三向作用下，结构失稳形态并不对称，局部出现凹陷点，最终结构失稳破坏。就失稳临界值来说，矢跨比 为1／10时，水平临界荷载比三向地震荷载要高出5倍，竖向临界荷载则与三向临界荷载比较接近，竖向荷载对结构稳定起主 导作用。矢跨比为1／8及1／6时，竖向临界荷载比三向临界荷载要高出近2倍，而水平地震荷载下的稳定临界荷载值则与三向 地震荷载临界值较为接近，此时，水平地震荷载的作用起主导作用。 关键词：弦支穹顶，时程响应，地震荷载，动力稳定，临界荷载，结构参数 一、引言 弦支穹顶作为一种新型的空间结构体系，相关研究基本停留在静力性能分析和动力反应分析阶段，较 少涉及其动力稳定性。而作为弦支穹顶上部结构的单层网壳结构，其稳定性是设计的关键问题。文献H1指 出“刚度矩阵的正定与负定不足以判断结构是否动力失稳”，提出动力响应全程曲线的概念，并以此曲线 作为基础结合结构的时程响应曲线来判定网壳结构的弹性和弹塑性动力稳定性，提出了两种实用性特征指 标。第一指标：以网壳运动移包罗面上的最大位移为判别指标。通过荷载幅值一结构最大位移曲线来判断 结构的动力稳定性。曲线上每一点对应某一幅值下结构曾达到的最大位移。第二指标：以网壳某特征节点 的位移作为判别指标。通常以荷载幅值一结构特征点的位移曲线来判断结构的动力稳定性。结构特征点， 通常取某一荷载幅值下结构最大位移点。 本文在以往研究的基础上，使用通用计算软件ANsYs一时间历程分析的方法，利用地震荷载作用下结 构动力稳定性的实用判别准则H1，研究了地震荷载不同输入方向对弦支穹顶结构的动力稳定性能的影响。 点上。节点均为铰接连接，其四圈周边的支承节点为三向铰支座。杆件采用圆钢管和拉索(相当于只拉不 压杆)。杆件截面的选取原则：一个穹顶结构有四种杆件：单层网壳、撑杆、径向拉索、环向拉索。选用 杆件，不考虑材料非线性和初始缺陷的影响，使结构在静力荷载作用下的安全度在2．0左右，这与实际工 程中杆件截面的选取相符，具体杆件选取如表1和表2所示。其中两道拉索预应力设计值分别为620kN和 260kN，如没有特别说明本文所涉及工况的拉索预应力设计值均取此值。图1给出了弦支穹顶模型的节点编 号图，本文所涉及到的节点号都与此图相对应。 基金项目：天津市高等学校科技发展基金项H(200311051 工业建筑2006增刊 695 第六届全国现代结构工程学术研讨会 表1跨度90m杆件选取 国内外很多研究资料表明对于大跨度的空间结构，其水平地震和竖向地震对结构的影响都非常重要。 故本文对跨度90m，矢跨比为1／10，1／8及1／6的弦支穹顶结构分别在水平、竖向及三向地震作用下的响 应分别进行了研究，并给出了其稳定临界荷载值，结构材料本构关系为理想弹塑性，屈服强度取235N／m2， 输入波形为1940年的E1-Centro波。 (a)上层单层网壳部分编号 (b)环向及径向拉索编号 o 扩舻 =毫r 同 护N 桫妒 蜘沁