不同下部結(jié)構(gòu)鋼管拱桁架強(qiáng)震下的破壞機(jī)理研究.pdf

1、隨著建筑結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展和對(duì)建筑功能要求的提高，大跨度結(jié)構(gòu)建筑得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用。鋼管拱桁架作為一種被廣泛應(yīng)用的大跨度空間結(jié)構(gòu)，具有造型優(yōu)美，受力合理，自重輕，剛度大等例點(diǎn)。但鋼管拱桁架由于其特殊的結(jié)構(gòu)性能更容易在動(dòng)力荷載作用下發(fā)生失穩(wěn)，而現(xiàn)在對(duì)拱桁架結(jié)構(gòu)，特別是對(duì)帶下部結(jié)構(gòu)的拱桁架結(jié)構(gòu)的動(dòng)力穩(wěn)定性研究尚處于研究階段。因此，有必要對(duì)該類(lèi)結(jié)構(gòu)在地震作用下的非線(xiàn)性動(dòng)力穩(wěn)定性繼續(xù)進(jìn)行深入的研究。
　　 本文首先按工程實(shí)際設(shè)計(jì)了三

2、種跨度為60m，矢跨比0.25的不同下部結(jié)構(gòu)落地的拱桁架：直接落地鋼管拱桁架結(jié)構(gòu)、格構(gòu)柱落地鋼管拱桁架結(jié)構(gòu)和H型鋼柱落地鋼管拱桁架結(jié)構(gòu)。然后選用三種地震波對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)不同性能指標(biāo)響應(yīng)的分析來(lái)研究不同下部結(jié)構(gòu)拱桁架的抗震性能、失穩(wěn)模態(tài)和破壞機(jī)理。最后選擇H型鋼柱落地拱桁架結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變下部H型鋼柱的剛度研究其對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能及失穩(wěn)模態(tài)的影響。通過(guò)計(jì)算分析，得出了如下結(jié)論：
　　 1)運(yùn)用SAP2000軟件對(duì)三種

3、不同下部結(jié)構(gòu)鋼管拱桁架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到彈性階段結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移。結(jié)果表明：在彈性階段格構(gòu)柱落地拱桁架結(jié)構(gòu)的桿件內(nèi)力最大，直接落地拱桁架結(jié)構(gòu)的桿件內(nèi)力最?。唤Y(jié)構(gòu)在重力荷載代表值作用下，H型鋼柱拱桁架結(jié)構(gòu)的豎向位移最大，直接落地拱桁架結(jié)構(gòu)的豎向位移最小。
　　 2)通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的自振特性分析可知，三種不同下部結(jié)構(gòu)拱桁架中直接落地拱桁架結(jié)構(gòu)水平剛度最大，格構(gòu)柱落地拱桁架結(jié)構(gòu)的水平剛度最小。三種結(jié)構(gòu)的水平向剛度都小于豎向剛度，結(jié)構(gòu)自振都

4、以水平向振動(dòng)為主，并且結(jié)構(gòu)在高階振型下出現(xiàn)復(fù)雜的振動(dòng)。
　　 3)對(duì)三種不同下部結(jié)構(gòu)拱桁架輸入三種地震波進(jìn)行時(shí)程分析，結(jié)果表明：不同地震波引起的結(jié)構(gòu)響應(yīng)不同，地震波在水平向輸入時(shí)Rgb波引起的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)最大；地震波在豎向輸入時(shí)，Lwd波引起的結(jié)構(gòu)響應(yīng)最大。三種不同下部結(jié)構(gòu)拱桁架都是水平向地震控制結(jié)構(gòu)的抗震承載力。
　　 4)直接落地拱桁架和H型鋼柱落地拱桁架結(jié)構(gòu)在水平向地震輸入時(shí)發(fā)生強(qiáng)度破壞，在豎向地震輸入時(shí)發(fā)生動(dòng)力失

5、穩(wěn)破壞；格構(gòu)柱落地拱桁架在水平向和豎向地震輸入時(shí)都是發(fā)生強(qiáng)度破壞。直接落地拱桁架和格構(gòu)柱落地拱桁架結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞始于拱桁架1/4處，H型鋼柱落地拱桁架結(jié)構(gòu)的破壞始于拱桁架1/4或1/8處。結(jié)構(gòu)發(fā)生動(dòng)力失穩(wěn)破壞的原因是結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了較大的塑性變形，并且由于部分桿件達(dá)到極限強(qiáng)度后剛度退化，使結(jié)構(gòu)不能保持原有位形而發(fā)生動(dòng)力失穩(wěn)破壞。
　　 5)三種拱桁架結(jié)構(gòu)水平向的變形能力和消耗地震能的能力都比其豎向強(qiáng)，即三種拱桁架結(jié)構(gòu)在水平向地

6、震作用下延性更好，能吸收更多的地震能量。
　　 6)通過(guò)改變H型鋼柱截面高度來(lái)改變拱桁架結(jié)構(gòu)的下部結(jié)構(gòu)剛度，然后選用Rgb波輸入結(jié)構(gòu)進(jìn)行時(shí)程分析。計(jì)算結(jié)果表明：H型鋼柱落地拱桁架結(jié)構(gòu)的整體剛度隨著下部結(jié)構(gòu)剛度的增加而增加；結(jié)構(gòu)抵御水平向地震的能力隨著下部結(jié)構(gòu)剛度的增加而減弱，而結(jié)構(gòu)抵御豎向地震的能力隨著下部結(jié)構(gòu)剛度的增加而增加；隨著下部結(jié)構(gòu)剛度的增加結(jié)構(gòu)的水平向位移延性系數(shù)逐漸增大，但豎向位移延性系數(shù)的變化比較復(fù)雜，隨著下部結(jié)構(gòu)