申黎君

(中國鐵建電氣化局集團北方工程有限公司，山西太原 030053)

某廠房屋蓋拱桁架譜分析

申黎君

(中國鐵建電氣化局集團北方工程有限公司，山西太原 030053)

結(jié)合工程實例，應(yīng)用有限元程序ANSYS對某廠房屋蓋結(jié)構(gòu)進行了計算，根據(jù)計算結(jié)果，采用振型分析反應(yīng)譜法分析了其在地震作用下的響應(yīng)，通過分析得出地震作用對該廠房的屋蓋拱桁架影響較小。

拱桁架，地震響應(yīng)，振型分析反應(yīng)譜法

1 工程概況

某廠房屋蓋采用空間圓鋼管拱桁架體系如圖1所示，結(jié)構(gòu)總用鋼量為1 086．114 7 kg?？缍葹?0 m，矢跨比為0．2，上弦半徑為21．75 m，下弦半徑為20．25 m，上弦桿節(jié)點間的距離為 1．947 m。桁架截面形式采用等腰倒三角形，底邊邊長為2 m，高為1．5 m。桁架截面的幾何參數(shù)如表1所示。

圖1 廠房簡圖

表1 熱軋無縫鋼管拱桁架截面幾何參數(shù)

結(jié)構(gòu)所處地區(qū)抗震烈度為8度(0．2g)，場地類別為Ⅱ類，地震分組為一組。地面粗糙度類別B，恒荷載0．3 kN/m2，屋面活荷載 0．3 kN/m2，雪荷載 0．35 kN/m2，基本風壓 0．4 kN/m2。

2 計算模型

采用3D3S進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，然后將結(jié)構(gòu)模型導入ANSYS進行譜分析。選取空間圓鋼管拱桁架體系的一榀進行計算，桿件連接采用相貫節(jié)點，結(jié)構(gòu)有53個節(jié)點，153根桿件，在ANSYS分析中選用 Link8 單元，節(jié)點1，18，19，36，37，53 采用完全約束。鋼材的彈性模量為 E=2．06E11 N/m2，泊松比為 μ =0．3，密度為 ρ= 7 850 kg/m3，重力加速度為 g=9．81 m/s2。

計算簡圖如圖2所示。

圖2 計算簡圖

3 計算分析

3．1 參數(shù)計算

根據(jù)上述數(shù)據(jù)及式(1)，式(2)可求得地震影響系數(shù)曲線的有關(guān)數(shù)據(jù)見表2。

3．2 附加質(zhì)量計算(桁架的受力范圍取桁架左右兩側(cè)各 3．75 m)

1)由雪荷載產(chǎn)生的附加質(zhì)量：

2)由恒荷載產(chǎn)生的附加質(zhì)量：

3)參與地震反應(yīng)的附加質(zhì)量組合。

對于支座處節(jié)點的附加質(zhì)量：114．7×1．0+133．8 ×0．5= 181．6 kg。

對于非支座處節(jié)點的附加質(zhì)量：229．4 ×1．0+267．6 ×0．5= 363．2 kg。

表2 地震響應(yīng)系數(shù)α和頻率ω

4 計算結(jié)果

4．1 模態(tài)分析

由于結(jié)構(gòu)為空間結(jié)構(gòu)，所以提取結(jié)構(gòu)前30個振型以滿足抗震規(guī)范對有效質(zhì)量的要求，主要振型如圖3，圖4所示，結(jié)構(gòu)主振型為第一振型，頻率為4．898 Hz，如表3所示。

表3 頻率

圖3 第一振型

圖4 第二振型

圖5 X方向地震力輸入各節(jié)點的位移云圖

4．2 地震響應(yīng)

由于研究的結(jié)構(gòu)只是實際結(jié)構(gòu)中的一榀，所以在ANSYS建模中把拱桁架的側(cè)向支撐等效為Y方向的約束來考慮。

圖6 X方向地震力輸入各桿件軸力云圖

圖7 Z方向地震力輸入各節(jié)點的位移云圖

圖8 Z方向地震力輸入各桿件軸力云圖

表4 節(jié)點各方向的最大位移 m

表5 桿件單元軸應(yīng)力、軸力按降序排列前10位

表6 節(jié)點各方向的最大位移 m

表7 桿件單元軸應(yīng)力、軸力按降序排列前10位

當X方向地震力輸入時，各節(jié)點的位移如圖5所示，節(jié)點的位移最大值如表4所示，各節(jié)點軸力如圖6所示，桿件的最大軸應(yīng)力值和軸力值如表5所示;當Z方向地震力輸入時，各節(jié)點的位移如圖7所示，節(jié)點的位移最大值如表6所示，各節(jié)點軸力如圖8所示，桿件的最大軸應(yīng)力值和軸力值見表7。

5 結(jié)語

經(jīng)過結(jié)構(gòu)截面抗震驗算，該結(jié)構(gòu)中桿件滿足要求。地震作用對該廠房的屋蓋拱桁架影響較小，桁架連接處節(jié)點受力復雜是設(shè)計的關(guān)鍵部位。

［1］沈世釗，陳 昕．網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性［M］．北京：科學出版社，1999．

［2］尹德鈺，劉善維，錢若軍．網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計［M］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1996．

［3］董石麟．空間結(jié)構(gòu)［M］．北京：中國計劃出版社，2003．

［4］GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］．

The spectrum analysis of a factory buildings cover arch truss

SHEN Li-jun

(North Engineering the Limited Company，China Railway Electrification Bureau Group，Taiyuan 030053，China)

Combining with engineering example，the paper made calculation to a factory buildings cover structure application of finite element program ANSYS，according to the calculation results analyzed its response under earthquake force using vibration modal analysis response spectrum method，through the analysis gained the earthquake action had smaller influence to the factory buildings cover arch truss．

arch truss，seismic response，vibration modal analysis response spectrum method

TU311．41

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.119

1009-6825(2013)10-0049-03

2013-01-13

申黎君(1971-)，男，助理工程師