張建媛

山西交通職業(yè)技術學院（030031）

強震下某平板網(wǎng)架結構動力彈塑性失效分析

張建媛

山西交通職業(yè)技術學院（030031）

這里以某兼具地震應急避難所功能的體育館為研究對象，研究其在強震作用下的損壞形態(tài)和機理、極限承載力和延性性能。

大跨網(wǎng)架結構；塑性鉸；時程分析；抗震性能

0 引言

由于網(wǎng)架結構較其他空間結構具有整體性強、空間剛度大、節(jié)省鋼材等獨特優(yōu)點，常作為地震避難所和救災指揮的場地。但我國對大跨網(wǎng)架結構的抗震性能研究還不全面。因此，研究該類結構強震下的彈塑性失效模態(tài)對其抗倒塌性能設計具有防災減災意義。

1 模型參數(shù)

結構上部正方四角錐網(wǎng)架斜屋面采用屋架上弦自起坡雙坡屋面，坡度為5%，網(wǎng)架上弦最低點標高為12 m。網(wǎng)架尺寸為40 m×56 m，網(wǎng)格尺寸為4 m×4 m，最小網(wǎng)格高度為3.5 m。網(wǎng)架邊緣下部采用格構式落地，橫向柱距12 m，縱向柱距為8 m。采用3d3s軟件設計該網(wǎng)架，并根據(jù)計算結果選用桿件。

采用SAP2000軟件進行結構分析，根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》，時程分析時所用地震加速度時程曲線的最大值為：多遇地震70 gal,罕遇地震400 gal。

2 動力彈塑性時程分析

2.1 動力彈塑性時程分析的初始條件

鋼結構材料的本構關系假定為雙線性隨動強化彈塑性材料模型。選用EL波對該結構進行動力彈塑性分析，地震波持續(xù)時間取19 s。設計分析時根據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范》考慮恒載0.5 kN/m2和雪載0.35 kN/m2施加于結構，在此初始條件下繼續(xù)進行動力時程分析。

2.2 塑性鉸的定義

為模擬結構進入彈塑性后狀態(tài)，在SAP2000軟件中定義塑性鉸。由于網(wǎng)架結構的桿件主要承受軸力，本文用“屈服力和屈服位移”歸一化法，定義軸力鉸(P鉸)的“廣義力—廣義位移”曲線,參見FEMA356[1]。

2.3 EL波作用下結構的響應分析

本文采用動力增量法對結構進行時程分析。當?shù)卣鸩铀俣确逯颠_到205 gal以前時，結構處于彈性階段。達到205 gal時，出現(xiàn)第一個塑性鉸（BIO），結構開始進入彈塑性階段；此時結構相對位移上部為26.80 mm，下部為17.33 mm，定義此時屈服位移比均為1。在600 gal時，結構中9.13%的桿件出現(xiàn)塑性鉸。在此基礎上增加4 gal，結構中塑性鉸數(shù)量增加到10.05%，其中C-E鉸迅速增加到107個。到605 gal時，結構響應處于發(fā)散狀態(tài)，發(fā)生強度失效。結構特征節(jié)點水平位移-加速度峰值曲線如圖1所示。

圖1 特征節(jié)點水平位移-加速度峰值曲線

該結構在三向地震共同作用下，其彈性臨界和彈塑性失效加速度峰值分別為205 gal和604 gal，遠大于規(guī)范規(guī)定的70 gal和400 gal。

根據(jù)B-R判斷準則[2]，三向地震作用下結構失效是由下部支撐結構、柱頭附近網(wǎng)架局部桿件強度破壞和彈塑性動力失效而導致的復雜組合失效。

3 結語

結構在強震下的失效模式是復雜的組合失效。在三向EL地震波作用下，結構達到彈塑性失效極限的地震波加速度峰值為604 gal，大約為8度罕遇地震（0.4 g）的1.5倍，因此該結構可作為抗震設防烈度為8度地區(qū)的地震應急避難所。結構達到臨界失效點時，延性系數(shù)為5.53，可見，結構有較好的變形能力和消耗地震能的能力。

[1]FEMA 356 The Seismic Rehabilitation ofBuildings[S].Federal Emergency Management Agency,2000.

[2]沈士釗,陳昕.網(wǎng)殼結構穩(wěn)定性[M].科學出版社,1999.