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进入二十一世纪以来,随着航空技术的进步,飞艇又开始得到人们的重视,世界各国纷纷赶上这股航空潮流,推出自己的飞艇计划与成品。因此,存放和维修这类飞艇也提出了新的要求,飞艇库应运而生。飞艇库属于大跨度机库范畴,但其规模与机库相比则有过之而无不及。对于这类建筑,结构重要性等级通常较高,一旦破坏,将对人民的生命财产造成严重危害。因此,研究这类建筑在地震作用下的响应具有重大的现实意义。
本文研究对象为某飞艇库结构,该结构长298m,跨度90m(总宽度106m),高度93.25m。上部屋盖结构为跨度90m的三层网架,下部支承结构为高度85m、柱距10m、双排间距8m的钢管混凝土柱,柱间设置水平、斜向支撑,形成四角锥网格结构。
为了全面掌握该大跨度高支承飞艇库的抗震性能,利用SAP2000有限元分析软件对其进行了深入的多遇地震和罕遇地震下的结构响应分析。首先对结构进行了模态分析,并研究该结构的动力特性;然后采用振型分解反应谱法和弹性时程分析方法,计算该结构在多遇地震下的地震响应;最后对结构进行了考虑材料非线性和几何非线性的动力弹塑性时程分析,得到了结构在罕遇地震作用下的响应。由于结构的长度接近300m,为了考虑行波效应对结构的影响,对结构进行了多遇地震和罕遇地震下的多维多点输入分析。高支承是本结构的一个突出的特点,所以,本文对下部支承高度变化对结构地震响应的影响进行了深入的研究。
分析表明:
1.结构的前六阶振型以水平振型为主,同时伴随着扭转效应,竖向振型直到第七阶才出现;
2.在多遇地震下,结构的最大位移和基底剪力均满足规范要求,说明结构的整体性较好。网架结构的水平地震反应要大于竖向地震反应;
3.在罕遇地震作用下,支承结构位移角远小于规范要求的位移角限值,杆件出现的塑性铰较少。上部网架结构的塑性铰主要分布于跨中附近的上层腹杆;下部钢管混凝土柱的塑性铰主要分布在大门开口两端的柱顶;
4.弹性多点输入分析时,随着视波速的增加,行波效应系数大于1的杆件呈增加趋势,但是危险杆件数量很少;弹塑性多点输入分析时,随着视波速的增加,结构的塑性铰数量呈增加趋势。因此,多点输入下结构的地震响应要大于一致输入下的响应;
5.随着下部支承结构高度的降低,在多遇地震下,不同位置的杆件内力变化舰律不同,网架结构的地震内力系数大于0.2的杆件呈增大趋辨;罕遇地震下,塑性铰的数量呈现先增加再减小再增加的趋势;
6.随着地震输入角度从0度旋转到75度,节点位移呈增大趋势,角度变化系数大于1的杆件呈现增加趋势。考虑地震波输入角度对反应谱分析结果影响很小,但是对于弹性时程分析结果影响较大,最大的杆件内力比沿轴线输入大几乎三倍,这部分杆件多是Y向杆件靠近支座位置和下部钢管混凝土柱中间位置。