预应力混凝土转换桁架结构地震响应分析.pdf

崔晓 明等 预应力混凝土转换桁架结 构地震 响应分析 9 3 DOI 1 0 ． 1 3 9 0 5 ／ j ． c n k i ． d w j z ． 2 0 1 5 ． 0 1 ． 0 3 2 预应力混凝土转换桁架结构地震响应分析 崔晓明 ， 苑志宇 ， 陈云孟 1 ． 黑龙江建筑职业技术学院 。 哈尔滨1 5 0 0 2 5； 2 ． 哈尔滨铁路房建置业集 团有 限公司 。 哈尔滨1 5 0 0 0 6 3 ． 哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院． 哈尔滨1 5 0 0 0 1 【 摘要】 本章在依据实际工程背景建立合理的有限元模型的基础上， 首先利用我国建筑抗震设计规范的 振型分解反应谱法对结构进行水平和竖向的地震作用计算； 之后作为补充计算， 选择了合适的地震动记录并通过 有限元软件 S p 2 0 0 0进行建模分析， 得到了地震作用下预应力混凝土转换桁架结构的动力时程响应。 【 关键词】 预应力混凝土转换桁架 ； 振型分解反应谱法； 动力时程响应 【 中图分类号】 T U 3 1 1 ． 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 { 2 0 1 5 O 1 0 0 9 3 0 3 1 工程概况 本工程为大庆铁人王进喜纪念馆一层平面矩形 部分轴线尺寸为 1 1 2 ． 9 5 m 7 2 ． 9 4 m， 六层平面矩形部 分轴线尺寸为 4 2 ． 3 8 m7 2 ． 9 4 m。一层设置跨度为 3 0 m的多功能报告厅 ， 采用预应力井字梁结构， 两侧展 厅跨度均在 1 8 m以上， 采用预应力混凝土梁 ， 中间展 厅采用预应力混凝土空心板。图纸 N轴线与 P轴线 框架中间部分由于跨度达 3 0 m， 采用不同混凝土结构， 则裂缝难 以满足规范要求， 因此， 该部分考虑采用大 跨度预应力混凝土转换桁架结构体系， 桁架高 4 ． 5 m， 混凝土强度等级 C A 0 ， 预应力筋采用低松弛 O s 1 5 。 2钢 绞线， 非预应力纵向钢筋采用 H R B 4 0 0级钢筋。本工 程原设计采用 P K P M系列软件进行建模分析计算， 使 用 P K P M系列软件中的 P MC A D模块建立结构整楼模 型 ， 见 图 2 。 2 结构 振型分解反应谱分析 利用振型分解反应谱法对结构进行了地震作用 图1 桁架结构布置图 计算。选取重要杆件的内力和控制点位移作为指标， 考察结构的地震响应。具体杆件、 节点编号如图 3 、 图 4所示 。 2 ． 1 基本参数 的确定 该工程项 目结构设计使用年限为 1 0 0年， 根据建 筑结构体系、 建筑高度和 建筑抗震设计规范 规定， 建筑物重要性类别为一类。 2 ． 2 地震反应谱计算与分析 2 基 于试 验 与 有 限元 数 据 ， 建 立 了 预应 力 C F R P布加固低强度混凝土负载梁斜截面受剪承载力 设计公 式 ， 利用公式 对加 固梁斜截 面受 剪承载 力进行 计算 ， 计算值与有限元分析值吻合较好。 参考文献 [ 1 ] 程 东辉 ， 易亚敏 ， 王天峰． 碳纤维 布加 固混凝 土连续梁 塑性 性 能试验及有限元分析[ J ] ．中国铁道科学， 2 0 1 1 ， 3 2 3 2 7 3 2 ． [ 2 ] 张玉成 ， 胡海英． 碳纤 维布加 固钢筋混凝土梁 抗剪承 载力 研究 [ J ] ． 湖南科技大学学报 自然科学版， 2 0 0 6 ， 2 1 1 3 6 4 1 ． [ 3 ] T o m N o r r i s ， H a mid S a a d a t m a n e s h ， Mo h a m ma d R ． E h s a n i ．S h e a r a n d F l e x u r a l S t r e n g t h e n i n g o f R／ C B e a ms wi t h Carb o n F i b e r S h e e t s ．J o u r n a l o f S t r u c t u re E n g i n e e r i n g [ J ] ． 1 9 9 7 ， 1 2 3 7 9 0 3 9l I ． [ 4 ] L e s s J M， Wi n i s t o r f e r A U ， M e i e r U ． E x t e r n a l p r e s t re s s e d c a r b o n fib e r rei n f o r c e d p o l y me r s t r a p s f o r s h e a r e n h a n c e me n t o f Co mp o s i r e s f o r C o n s t r u c t i o n ， 2 0 0 2 ， 1 2 2 4 9 2 6 5 ． [ 5 ] K H A L I F A A， N A N N I A ． R e h a b i l i t a t i o n o f r e c t ang u l ar s i m p l y s u p p o r t e d R C b e a m s wit h s h e ar d e fi c i e n c i e s u s i n g C F R P [ J ] ．C o n s t r u e t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 0 2， 1 6 3 1 3 51 4 6 ． [ 6 ] 周毅雷， 陈忠范． 外包环形碳纤维布加固钢筋混凝土梁的受剪 承载力试验研究[ J ] ． 特种结构， 2 0 0 4 ， 2 1 4 6 2 6 5 ． [ 7 ] 程东辉， 荣威， 周威． 预应力 C F R P布加固负载混凝土梁受剪 性能试验 [ J ] ． 哈尔滨工业大学学报， 2 0 1 1 ， 4 3 1 2 1 4 3 1 48 ． [ 收稿日期] 2 0 1 4 0 9 1 0 [ 作者简介] 程东辉 1 9 7 1 一 ， 男 ， 哈尔滨人 ． 工学博 士， 教授 从事预应力混凝土结构 、 工程加 固的研究 。 低温建筑技术 2 0 1 5年第 1期 总第 1 9 9期 图2 原结构空间模型 L1 图3 桁架各杆件编号 9 5 2 6 1 0 ／ ＼ ／ ／ 7 ＼ 『 7 3 1 4 8 图4 桁架控制点编号 在反应谱分 析时 ， 在 方 向定 义如 图 4所示 的反 应谱激励工况 ， 经过模 态分 析 、 谱分 析 、 模态 扩展 以及 模态合并 ， 最终得到结构的内力和变形等地震响应量 的结果如表 1 一 表 3所示 。 O． 1 O 0．0 8 O ． 0 6 0．0 4 o．0 2 O．0 0 0 l 2 3 4 5 6 周期， s 图5 反应谱的地震影 响系数曲线 阻尼 比为0 ． 0 5 表 1 关键杆件内力计算结果 水平地震 表 2 关键节点位移计算结果 水平地震 m m 表 3 模型的前 1 5阶模态 阶 自振周期 自 振频率 阶 自振周期 自振频率 阶 自振周期 自振频率 数 ／ s ／ H z 数 ／ s ／ H z 数 ／ s ／ H z 3 结构 S A P 2 0 0 0有限元计算分析 结构梁， 柱及其他主要杆件采用程序 中框架梁单 元进行模拟， 模型中的框架梁柱节点采用 固结， 框架 柱底部与基础的约束采用固接， 建立模型如图 6 所示。 ．一 1 一 l 一 ， l 、I 、 Z L Y 图6 S a p 2 0 0 0有限元模型 3 ． 1 预应力的施 加 S A P 2 0 0 0中模 拟预应力 的方式 有两 种 ， 一种 是将 预应力束作为等效荷载， 另一种是实体力筋法， 将其 作为具有刚度、 质量的独立单元。预应力筋的布置形 式一般有折线 型、 抛物线型、 直线型三种布置形式。 在下弦杆、 和部分受压腹杆中布置折线预应力筋 ， 将 结构所受恒荷载 、 活荷载 与所 考虑 的 7度水 平地震 作 用采用时程分析计算结果进行组合 ， 组合公式如下 SyG S G E十yE h SE h k7E J s E k 3 ． 2 模 态分析 模态分析是用来 确定结构 的 自振频 率和振 型 ， 它 是瞬态动力时程分析和谱分析的基础。而结构的自 振特性是衡量其质量与刚度是否匹配、 刚度是否合理 的重要指标， 通过查看所建立模型的基本模态， 可以 判断有 限元模型能否正 确反应结构实际动力响应 。 O ． 1 5 ． 0 ． 1 0 圜 O ．0 5 O ． 0 O 4 6 8 l 0 频率／ H z 结构阻尼比曲线图 3 ． 2 ． 1 阻尼模型的选取 与参数 的确定 O