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强震下30m跨不同矢跨比空间钢管拱桁架的弹塑性动力响应研究

作　者: 郭彩红
导　师: 李海旺
学　校: 太原理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 拱桁架矢跨比动力响应地震波
分类号: TU392.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 23次
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内容摘要

大跨度空间钢管拱桁架作为一种大跨空间结构,常被设计为大型公共建筑的主要受力体系。地震灾害是地球上自然灾害之首,它具有突发性和不可预测性,它能在瞬间使大量建筑物与构筑物破坏。在历次地震中大跨度拱桁架结构常成为灾民的避难场所,其地震下的安全性与大量生命和巨额财产息息相关。中国作为多地震国家,80%以上大中城市处于地震区,因而研究钢管拱桁架在地震作用下的动力响应具有重要现实意义。本文以30m跨钢管拱桁架为研究对象,所做的主要工作如下：1、按照国家现行有关规范完成了七种矢跨比钢拱桁架模型的设计2、用钢结构分析软件SAP2000对上述七个模型进行弹塑性动力响应分析,分析时考虑了几何非线性和材料非线性,文中通过定义塑性铰来实现材料非线性。本文选用了三种适合于III类场的地震波,以逐步加大地震波加速度峰值的方法对每一幅值作一次动力弹塑性时程分析,直到结构发生破坏为止3、通过对比不同矢跨比下钢拱桁架的用钢量、第一阶振型对应周期、结构最大位移响应、最大节点位移-加速度峰值曲线、结构最大节点屈服位移比以及承载力等指标的规律,分析矢跨比对钢拱桁架动力弹塑性响应的影响。通过对比分析,本文得出如下结论：4、在跨度和网格截面形式相同的情况下,当矢跨比从0.1向0.2递增时，结构用钢量、第一阶振型对应的周期呈现递减的趋势；而当矢跨比从0.2向0.4递增时,结构用钢量、第一阶振型对应的周期也呈现递增的趋势。弹性阶段结构水平向最大位移响应随着矢跨比的增大而增大,而竖向位移响应随着矢跨比的增大而减小。2、当作用在桁架上的地震波加速度峰值比较小时,结构的最大位移响应随着地震波加速度峰值的增加而呈线性增加；当地震波加速度峰值继续加大时,桁架有部分杆件进入塑性,整个结构的振动平衡位置跃迁；当加速度峰值增大到临界荷载时,主桁架某些杆件变形严重,结构发生破坏。3、水平地震作用于结构时,结构的弹塑性界限和失效界限加速度峰值均随着矢跨比的增大而减小,竖向地震作用时随着矢跨比的增大而增大,这说明结构水平方向的承载力随着矢跨比的增大而减小,竖直方向的承载力随着矢跨比的增大而增大。4、当三种不同地震波作用于结构时,结构的竖向位移延性系数基本小于其水平位移延性系数,这表明钢拱桁架结构竖向耗能能力小于其水平耗能能力。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-17
  1.1 选题的目的和意义  11-12
  1.2 钢管桁架动力性能研究现状  12-13
    1.2.1 国外研究状况  12
    1.2.2 国内研究状况  12-13
  1.3 空间管桁结构的应用  13-14
  1.4 本文研究方法介绍  14
  1.5 本文所做的主要工作  14-17
第二章不同矢跨比下钢管拱桁架的设计  17-33
  2.1 引言  17
  2.2 钢管拱桁架的基本参数  17-18
    2.2.1 荷载计算  17
    2.2.2 地震参数  17-18
    2.2.3 材料模型参数  18
  2.3 不同矢跨比下钢拱桁架的结构设计  18-32
    2.3.1 矢跨比0.1钢管拱桁架的设计  18-20
    2.3.2 矢跨比0.15钢管拱桁架的设计  20-22
    2.3.3 矢跨比0.2钢管拱桁架的设计  22-24
    2.3.4 矢跨比0.25钢管拱桁架的设计  24-26
    2.3.5 矢跨比0.3钢管拱桁架的设计  26-28
    2.3.6 矢跨比0.35钢管拱桁架的设计  28-30
    2.3.7 矢跨比0.4钢管拱桁架的设计  30-32
  2.4 不同矢跨比下钢拱桁架静力计算结果对比分析  32-33
第三章不同矢跨比钢拱桁架在HOLLYWOOD波作用下的弹塑性动力响应分析  33-67
  3.1 动力弹塑性分析的初始条件  33
  3.2 不同矢跨比下钢拱桁架的动力响应分析  33-64
    3.2.1 矢跨比0.1钢拱桁架的动力响应分析  34-39
    3.2.2 矢跨比0.15钢拱桁架的动力响应分析  39-43
    3.2.3 矢跨比0.2钢拱桁架的动力响应分析  43-47
    3.2.4 矢跨比0.25钢拱桁架的动力响应分析  47-51
    3.2.5 矢跨比0.3钢拱桁架的动力响应分析  51-56
    3.2.6 矢跨比0.35钢拱桁架的动力响应分析  56-60
    3.2.7 矢跨比0.4钢拱桁架的动力响应分析  60-64
  3.3 不同矢跨比下钢拱桁架动力特性对比分析  64-67
    3.3.1 矢跨比对承载力的影响分析  64-65
    3.3.2 结构的位移延性系数结果分析  65-66
    3.3.3 桁架杆件塑性发展分析  66-67
第四章不同矢跨比钢拱桁架在LWD波作用下的动力响应分析  67-91
  4.1 不同矢跨比下钢拱桁架的动力响应分析  67-88
    4.1.1 矢跨比0.1钢拱桁架的动力响应分析  67-70
    4.1.2 矢跨比0.15钢拱桁架的动力响应分析  70-73
    4.1.3 矢跨比0.2钢拱桁架的动力响应分析  73-76
    4.1.4 矢跨比0.25钢拱桁架的动力响应分析  76-79
    4.1.5 矢跨比0.3钢拱桁架的动力响应分析  79-82
    4.1.6 矢跨比0.35钢拱桁架的动力响应分析  82-86
    4.1.7 矢跨比0.4钢拱桁架的动力响应分析  86-88
  4.2 不同矢跨比下钢拱桁架动力特性对比分析  88-91
    4.2.1 矢跨比对承载力的影响分析  89-90
    4.2.2 结构的位移延性系数结果分析  90
    4.2.3 桁架杆件塑性发展分析  90-91
第五章不同矢跨比钢拱桁架在上海人工波作用下的动力响应分析  91-115
  5.1 不同矢跨比下钢拱桁架的动力响应分析  91-113
    5.1.1 矢跨比0.1钢拱桁架的动力响应分析  91-94
    5.1.2 矢跨比0.15钢拱桁架的动力响应分析  94-97
    5.1.3 矢跨比0.2钢拱桁架的动力响应分析  97-100
    5.1.4 矢跨比0.25钢拱桁架的动力响应分析  100-103
    5.1.5 矢跨比0.3钢拱桁架的动力响应分析  103-107
    5.1.6 矢跨比0.35钢拱桁架的动力响应分析  107-110
    5.1.7 矢跨比0.4钢拱桁架的动力响应分析  110-113
  5.2 不同矢跨比下钢拱桁架动力特性对比分析  113-115
    5.2.1 矢跨比对承载力的影响分析  113-114
    5.2.2 结构的位移延性系数结果分析  114
    5.2.3 桁架杆件塑性发展分析  114-115
第六章结论与展望  115-117
  6.1 本文的主要结论  115
  6.2 展望  115-117
参考文献  117-121
致谢  121-122
攻读学位期间发表的学术论文  122

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