第39卷第12期建 筑 结 构2009年12月
车站大跨度索拱钢结构雨棚弹塑性时程分析
徐福江,甄 伟,赵 明,刘家菱
(北京市建筑设计研究院,北京100045)
[摘要] 广州新客站无站台柱雨棚为复杂大跨度预应力索拱空间钢结构。采用有限元软件MIDAS Gen对包含下部桥梁结构和上部钢结构的整体模型进行了罕遇地震作用下三向地震波输入的弹塑性时程分析,研究了结构的位移、应力、内力等动力反应,考察了屋顶钢结构的弹塑性发展历程。分析结果表明,无站台柱雨棚钢结构在罕遇地震作用下进入塑性的程度很小,未发生大的变形,具有良好的抗震性能。[关键词] 广州新客站;复杂大跨度空间结构;弹塑性时程分析;抗震性能
Elasto plastictime historyanalysisonnon platform columncanopyofNewGuangzhouRailwayStation
XuFujiang,ZhenWei,ZhaoMing,LiuJialing
(BeijingInstituteofArchitecturalDesign,Beijing100045,China)
Abstract:Theroofstructureofnon platform columncanopyofNewGuangzhouRailwayStationisacomplexlarge spanspacestructure.WithFEManalysisprogramMIDAS Gen,elasto plastictime historyanalysisoftheintegralstructuressubjectedtothree dimensionalrareearthquakesisconducted,anddynamicresponsesofthedisplacement,stressandforcearestudied,andtheprogressofelasto plasticdevelopmentisresearched.Theresultsshowthattheplasticdegreeofnon platform columnstructureunderrareearthquakeisverylowandthedeformationissmall,andtheseismicperformanceisgood.
Keywords:NewGuangzhouRailwayStation;large spanspacestructure;elasto plastictime historyanalysis;seismicperformance
1 工程概况
广州新客站无站台柱雨棚钢屋盖投影面积共11 3万m2,由对称的南北两部分组成。每一部分东西向长421 8m,南北向长125 6m,两个长站台局部突出,长189 6m。无站台柱雨棚钢屋盖为大跨度空间结构,长向柱距为68m,短向柱距为32m。钢屋盖主要采用预应力索拱结构,索拱间距16m,通过桁架与钢柱连接。雨棚中部钢柱均为分叉柱,直接支承在刚度较大的铁路桥墩上,两端则采用斜撑柱,支撑在四角混凝土结构上。计算模型见图1。为清楚地了解结构的薄弱环节、结构的塑性发展过程,对其关键构件在大震下的性能进行控制,采用MIDAS Gen[3]软件对广州新客站无站台柱雨棚结构进行了弹塑性时程分析。2
计算模型和参数2 1计算模型
将下部桥梁结构与上部钢结构整体建模计算。钢柱、拱、桁架弦杆等采用梁单元模拟,面内支撑、桁架腹杆等采用桁架单元模拟,拉索采用索单元模拟。
对钢结构构件的弹塑性特性采用集中塑性铰模型模拟,即在构件的两个端部设置塑性铰。由于工程中大部分构件为空间杆件,并无明显的主、次弯矩之分,而且主要结构骨架为拱形结构,轴力对构件的受力状态影响很大,因此,计算中梁、柱等构件均采用考虑轴力与弯矩相互作用的PMM铰,
滞回模型为考虑包辛格
作者简介:徐福江,博士,高级工程师,Email:xufj@。
[1,2]
图1 结构整体计算模型
效应的三折线随动强化模型,第一屈服后模量取为初始弹性模量的10%,第二屈服后模量取为初始弹性模量的2%(图2)。构件的屈服荷载均由程序根据材料屈服应力和截面自动计算。
由于桥墩刚度较大,且考察重点为上部钢屋盖的弹塑性性能,因此分析中假定混凝土构件保持弹性状态。考虑到计算时间问题,未将所有钢构件均施加弹塑性特性。在分析前首先进行了大震弹性时程分析,选取弹性时程分析中应力超过或接近屈服应力以及需要重点考察的应力较高的构件施加塑性铰。这样可使计算具有足够的精度且计算时间较少。
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