浦东国际机场 T2 航站楼主楼钢屋盖弹塑性时程分析3

浦东国际机场 T2 航站楼主楼钢屋盖弹塑性时程分析3

第37卷第5期建　筑　结　构2007年5月

浦东国际机场T2航站楼主楼钢屋盖弹塑性时程分析

　(华东建筑设计研究院有限公司　上海200002)(同济大学　上海200092)

[提要]　浦东国际机场T2航站楼主楼钢屋盖为复杂大跨空间结构。采用有限元分析程序S对航站楼主

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周　健　刘晴云　张耀康陈以一　赵宪忠

,跟踪了钢屋盖的位移、关键构件应力、内力历程等动力反应,,据分析结果对钢屋盖结构的抗震性能进行了评价,[关键词]　钢屋盖结构　大跨度空间结构　Elasto2plasticTime2oofPudongInternationalAirportT2ΠZhouJian1,LiuQingyun1,2,Xianzhong2(1EastChinaArchitecturalDesign&ResearchInstituteCo.,Ltd.,,;TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Abstract:TheofShanghaiPudongInternationalAirportT2isacomplexlong2spanspacestructure.Elasto2plastictime2historyanalysisfortheintegralstructureofthesteelroofstructureanditsRCsubstructuresubjectedtothreedimensionalearthquakesiscarriedoutwithfiniteelementanalysisprogramANSYS.Dynamicresponseofthestructuresuchasdisplacement,stressandinternalforceofthekeystructuralmembersistraced,andanalyzedbycomparison.Theprocessofelasto2plasticdevelopmentisresearched.Basedontheanalysis,theseismicperformanceoftheroofstructureisevaluated,anditisshownthattheseismicperformanceoftheroofstructureiswell.

Keywords:steelroofstructure;long2spanspacestructure;elasto2plastictime2historyanalysis;seismicperformance

1　工程概况和分析目的

上海浦东国际机场T2航站楼主楼钢屋盖平面投影呈长方形,纵向尺寸为414m。沿纵向整个屋盖分成

A,B,C,D,E共5个区段,各区段钢屋盖结构相似,包含10榀或8

榀钢屋架梁,纵向尺寸分别约为90m或72m,

其下部混凝土结构纵向支承点的间距为18m;平面投影横向尺寸为217m,横向支承点的间距为46,89,46m。钢结构屋盖采用刚性与柔性相结合的Y形柱支承的多跨连续张弦梁,通过分叉的Y形斜柱与下部混凝土结构连接并提供钢屋盖结构全部的抗侧刚度[1]。每个混凝土结构的中间支承点上分叉设置两个沿横向左右倾斜的Y形钢柱,边支承点上各设一个向外倾斜的Y形

图1　T2航站楼计算模型

钢柱。屋盖的上弦为五跨连续的变截面箱形梁,上弦截面高度往跨中逐渐收小并设置下弦形成梭形的张弦梁结构,上下弦间以平行布置的腹杆相连。张弦梁下弦采用单根高强度钢棒,以铸钢节点与上弦及腹杆相连。计算模型见图1。

Y形柱作为屋面结构全部抗侧刚度的提供者和竖

向荷载的承担者,对地震反应敏感。这种抗侧力结构形式在国内其他工程中还没有应用,仅按规范[2,3]对整体结构进行大震下的弹塑性位移控制并不足以确保实现大震不倒的抗震目标,必须对这些关键构件在大50

震下的性能表现进行控制。钢屋盖下弦采用了大量的

受拉钢棒,其在罕遇地震下的表现也需要考察。对于浦东国际机场T2航站楼这样复杂、重要的大跨空间结构,除了进行第一阶段的弹性反应谱地震分析和弹性时程分析外,有必要进行第二阶段在罕遇地震下的弹塑性分析,直观清楚地了解建筑结构的薄弱部位、薄弱杆件,了解结构在地震作用下的弹塑性发展和破坏过程的性态变化及其发展规律,较大程度上弥补弹性设

3上海市科委资助项目。

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计和概念设计的不足,从而最终实现大震不倒的第三水准设防要求。

罕遇地震作用下的弹塑性分析主要有静力弹塑性(Pushover)分析方法和弹塑性时程分析方法。弹塑性时程反应分析方法是一种直接动力计算方法,计算假定少,适用面广,被认为是相对完善和精确的弹塑性分析方法[4,5]。采用ANSYS程序对主楼C区进行罕遇地震作用下的弹塑性时程反应分析。2　计算模型和参数211计算模型

由于下部混凝土结构对上部钢结构的地震反应影响较大,用,

体结构。,钢屋架箱形梁从最大截面300变化为400×800,Y形柱的截面从中部的700×580～500×580不等变化为540×700～350×350不等,在计算中以分段等截面杆件模拟。考虑到钢屋架下弦高强钢棒受轴向力的同时也承受一定的弯矩作用,钢棒采用梁单元进行计算,钢棒直径为100,130mm。由于Y形柱柱顶连接于钢屋架梁下翼缘,偏离钢屋架梁形心轴,所以在钢屋架梁和柱顶之间增加一段刚性杆件来模拟梁柱偏心连接,经过对比分析验证是精确可行的。此外,计算模型中还反映了纵向钢系梁、屋面支撑构件与钢屋架梁之间的偏心位置关系,如图2所示。

选用ANSYS中的Beam188单元来模拟梁柱单元[7],该单元适用于弹性分析、弹塑性分析,可自定义截面,使进入塑性强化的单元为塑性区模型单元。单元本构关系采用截面上各点材料的应力2应变关系,单元刚度阵则由截面上各点材料的应力2应变关系对截面和单元长度积分得到,因而轴力和双向弯矩耦合作用的屈服准则和滞回规律得到比较精确的模拟。采用单元Beam1884所示。对于弯矩较大的构件,为58,个以上的单元。图3　钢屋盖中允许应力屈服强化的钢构件分布

图2　ANSYS计算模型局部示意

罕遇地震下,混凝土框架结构将进入塑性,上部钢

屋盖结构部分构件也会屈服。重点考察钢屋盖的弹塑性性能,故分析中假定混凝土构件一直保持弹性状态。考虑到计算费用问题,未将全部钢屋盖杆件赋予弹塑性材 …… 此处隐藏：6391字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……