入塑性的程度很小。限于篇幅,主要讨论地震反应较大的天然波1作用的结果,X向为主水平方向。
结构时程分析的结果
工况最大位移 mm %
X向为主水平方向315 313100.68.638.6699.6
231 224103.18.178.2998.6
214 211101.46.406.4898.8
表1
Y向为主水平方向
天然波1天然波2人工波天然波1天然波2人工波
249 241103.37.067.4894.4
250 247101.27.537.5499.9
198 190104.26.426.8593.7
图2 滞回模型示意图
由于结构在遭遇地震作用前,重力荷载已作用在结构本身,为更合理地分析构件的受力和结构整体抗震性能,在时程分析前将重力荷载代表值施加在结构
上。重力荷载代表值取为1 0恒载+0 5活载。对拉索单元施加初拉力,以模拟拉索的实际张拉情况。2 2地震波的选取和输入
工程选用由中国建筑科学研究院提供的两组天然波(TH1和TH2)和一组人工波。地震波参数均满足地震安全性评价报告的要求。每组地震波包括主水平方向、次水平方向及竖向三条加速度时程曲线。三组地震波主水平方向的地面加速度时程曲线见图3。
计算时地震波三向同时输入,其中主水平方向、次水平方向和竖向的峰值加速度按1 0 85 0 65的比例进行调整。通常,输入地面加速度曲线的持续时间为结构基本周期的5~10倍,工程统一取为20s。由于地震安全性评价报告中罕遇地震的最大地面加速度为200gal,因此,按照 建筑抗震设计规范
[4]
基底剪力 5 10kN %
3 2节点位移
在天然波1作用下,X向最大位移绝对值为315mm,发生在屋顶结构的角部节点19157处,Y向最大位移绝对值为266mm,发生在中部节点16335处,Z向最大位移为397mm,发生在第二跨挑檐节点18222处,节点位置见图1。典型节点的位移时程曲线如图4所示。结构在各组地震波作用下的最大弹塑性水平层间位移角为1 57,均满足规范1 50的限值要求。3 3构件应力
图5为所有未施加塑性铰的梁单元的应力包络图,从中可以看出,未施加塑性铰的上部钢结构梁单元最大vonMises应力值为322MPa,未达到屈服应力。同样,所有未施加塑性铰的钢结构桁架单元的最大组合应力值为274MPa,也均未屈服。桥梁构件的混凝土应力也都很低,均未屈服。这表明允许部分构件进入塑性这种简化算法是可行的。
在地震作用下,拉索应力的最大值为1174MPa,已超出设计应力(620MPa)89%,但未达到拉索的极限应力1670MPa。有部分拉索退出了工作。但拱身单元均未屈服,即索拱结构均未出现整体破坏。3 4构件内力
表3为弹塑性时程分析与弹性时程分析中典型截面构件弯矩最大值的对比。从整个地震反应过程来看,大部分构件的弹塑性时程分析得到的构件内力与弹性时程分析得到的构件内力基本相同。部分构件由于屈服,造成内力最大值小于弹性分析结果(如桁架弦杆D850 25),而如索拱等构件本身未屈服,但由于周边构件屈服而产生的内力重分配,使得其弹塑性分析的内力反而要大于弹性分析的结果。对于端部斜柱D1200 50,构件本身未屈服,但由于与其相连的桁架弦杆屈服而导致荷载无法增加,因此弹塑性分析得到的内力比弹性分析的结果偏小较多,这也是结构 强柱弱梁 的一种表现。图6为典型端部斜柱构件19335(位置如图1所示)的弹塑性和弹性分析得到的内力时程曲线。
的规定,将主
水平方向的加速度曲线峰值调整为220gal。分析时,分别以X向和Y向为主水平方向进行计算。2 3计算参数
时程分析时采用瑞利阻尼,质量因子取为0 1929,刚度因子取为0 0059。采用这样的参数得到结构前10阶振型的阻尼比在2%~4%之间,较符合实际。
动力分析采用Newmark 积分方法,积分参数 =0 5, =0 25,对应的逐步积分法为平均常加速度法。考虑几何和材料的非线性,计算中采用NewtonRaphson迭代计算方法,收敛标准为位移标准,取值为0 001。3
弹塑性时程分析结果
将罕遇地震波输入,不考虑结构的材料非线性,进行大震弹性时程分析。将弹塑性时程分析结果与弹性时程分析结果对比,可以考察结构进入塑性的程度,具体结果见表1,2。其中,最大位移和最大基底剪力的方向分别对应主水平方向。
从表1中可以看出,弹性时程分析与弹塑性分析的结果基本一致,这也说明了结构主体,尤其是主要承重构件在罕遇地震作用下基本保持弹性,结构整体进3 1与弹性时程分析结果的比较
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