不同类型单层球面网壳动力时程分析-论文.pdf

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1、第37卷4期安徽师范大学学报(自然科学版)Vo1．37No．42014年7月JournalofAnhuiNormalUniversity(NaturNScience)ju1．2014不同类型单层球面网壳动力时程分析吴军强，李海旺(太原理工大学建筑工程学院，太原030024)摘要：本文利用ansys有限元软件，以60m跨的凯威特、施威德勒、联方型单层球面网壳为研究对象，研究其弹塑性动力失稳情况．设计时考虑材料几何非线性效应，钢材选为双线性弹性材料模型．采用增大地震峰值加速度的方法，通过选用四条地震波和一条人工地震波，对不同网壳结构的整体稳定性和抗震

2、性能进行了讨论．并对不同网壳的抗震性能及地震波的选取提出了建议．关键字：ansys有限元软件；单层球面网壳；弹塑性；地震峰值加速度中图分类号：TU33．1文献标志码：A文章编号：1001—2443(2014)04—0347—05网壳结构作为空间网格结构的一种，具有较好的安全性，经济性，适用性的优点【¨．其杆件比较单一，受力比较合理，结构的刚度大、跨越能力强，兼具杆系结构和薄壳结构的主要特性．因其造型美观，综合经济指标较好，被广泛的应用于各种体育场馆、会展中心、工业厂房，标志性结构等人员活动比较集中的场所[2]．大跨空间网壳结构在地震荷载作用下的振

3、动规律除与地震荷载有关，还与结构自振特性紧密相关_3J．目前网壳的研究主要集中在同一种网壳的矢跨比，截面尺寸，荷载作用方式的静力动力分析等[0]，随着研究的深入，网壳结构在动力作用下的失效机理受到了国内外专家的关注，而对不同网壳类型问的比较研究较少．本文探讨了跨度为60m，矢跨比为1／4的凯威特，施威德勒，联方型三种单层球面网壳，承受相同的荷载，结构阻尼比为0．05时不同地震波下结构的位移响应．分析影响结构抗震的主要因素，及网壳结构类型不同，对抗震的影响．1计算模型与参数本文采用的结构模型是跨度为60m的凯威特，施威德勒，联方型单层球面网壳，矢高

4、15m，环向分为36段，径向分为8段．下部结构为钢结构，支座固接．网壳所有杆件均采用Q235电焊钢管．杆件采用梁单元beam188，考虑梁单元的大变形和大转角，节点集中质量单元采用Mas~l，钢材采用双线性弹塑性材料等向强化模型．网壳结构截面尺寸和用钢量见表1．表1网壳结构截面尺寸和用钢量采用密度为7850kg／m3，弹性模量为2．06×t05MPa，切线模量为6．18×10MPa，泊松比为0．3，屈服强度为235MPa．以结构拟建地太原为例，设计基准期为50年，计算时要考虑双向地震作用，设计分组为第一组，抗震设防烈度取8度0．2g，场地类别为I

5、II类，场地地震反应谱特征周期是0．45s，设计阻尼比为0．05[¨]．根据《建筑结构荷载规范》_1]恒荷载标准值取0．5KN／m2，活荷载标准值取0．3KN／m2，风荷载取0．3KN／m2．网壳节点编号从内圈开始，逐步增大．本文选取了五条地震波(见图1一图5)，对结构进行分析，其中人工地震波是按照太原地区8度地震的要求确定的．收稿日期：2013—1O一3O基金项目：国家自然科学基金资助项目(50878137)；山西省科技攻关项目(20080321086)；山西省归国留学基金项目(2009—26)作者简介：吴军强(1989一)，男，硕士生．引用格

6、式：吴军强，李海旺．不同类型单层球面网壳动力时程分析[J]．安徽师范大学学报：自然科学版，2014，37(4)：347—351．348安徽师范大学学报(自然科学版)Rorthr设IUU要z00III。墨。r一zool’一UU时问／图1Northr波(特征周期0．36s)图2Kocaeli波(特征周期0．7s)2网壳结构的振动模态分析模态分析用于分析结构的固有振动特性，确定结构的固有频率和振型，是结构动力分析的基础．本文根据ansys有限元分析软件，对结构弹性阶段进行模态分析，分别选结构的前20阶振型进行比较．见表2和图6．从表2和图6可以看出，总

7、体上，凯威特网壳和联方网壳周期相近，施威德勒网壳较小，后者网壳整体刚度大．到20阶时，凯威特和联方周期为0．26s，振动模态曲线几乎重合，施威德勒为0．22s．表2网壳结构前20阶振动周期表图5Chichi波(特征周期O．42s)三种网壳的前2个周期几乎相等，变化小，第三阶开始，周期比前2阶小了很多．从图6可以看出，三种网壳的振型变化规律相似，故本文选了具有代表性的凯威特网壳模态图进行分析，见图7—12．可以看出，网壳的前二阶主要是水平振动，其后，竖向振动参与，和水平振动相互作用，结构周期减小，结构趋于稳定，结构整体刚度较好．3单层网壳结构动力时

8、程分析3．1不同地震波的影响本文采用的结构，通过3d3s软件对结构模型进行优化设计，并将恒载，活载通过杆件导到节点，以恒载和0．5倍活载