隔震支座算例

1、. .随着经济社会的开展及人类生活的改善，建筑构造形式越来越向高、轻、大这三个方向开展。空间构造具有空间跨度大，构造整体刚度大，构造受力合理，耗材少、重量轻等优点，在我国得到了较大应用。但是大跨度构造往往是用于一些人员密集的公共建筑，如何减小其在地震作用下的响应，改善其抗震性能，也应该得到相应的重视。目前构造振动控制的研究应用主要在高层及高耸建筑，如何在大跨度空间构造运用这一构造振动控制技术, 引起了国内外学者的重视。大跨度自由曲面网壳构造的频率十分密集, 构造振型比较复杂。其与下部构造之间的连接情况, 对自由曲面网壳动力性能的影响十分显著。本文即是在这一背景下研究分析了自由曲面单层网壳的隔震

2、性能, 通过研究设置隔震支座的曲面网壳构造在地震作用下的动力响应, 总结网壳构造中隔震性能的规律, 为以后的网壳的隔震设计提供一些建议。在土木工程中常用的各种减震措施中，隔振技术是开展较为成熟的一种。许多采用了隔震技术的实际工程经受了地震考研，取得了较好的效果。目前，美日欧等国相继退出了与之相应的标准或标准，标志着隔振技术进入实用化的阶段。支座是大跨空间网壳构造的支撑局部，它起着传递上部构造的支承反力，协调上下部构造变形，并且直接传递下部地震作用到构造上。通过在空间网格构造与其支座间设置隔震装置，使构造或构造部件与可能引起的地面运动或支座隔离开来，以减小传到网壳构造上的地震效应。地震动的输入算

3、例中分别采用了EL-Centro三向地震波(1940年)和TAFT三向地震波输入，其地震波的时程曲线如下所示： X向EL-Centro波时程Y向EL-Centro波时程 Z向EL-Centro波时程X向TAFT波时程Y向TAFT波时程 Z向TAFT波时程计算模型1采用了常见的四边形索支撑单层空间网壳构造，计算其在四边铰支和四边弹性支撑情况大震下的响应。该网壳跨度为20m，长度为30m。杆件采用方钢管，规格为100mm×100mm×4mm，材料为Q345钢，弹性模量E=2.06×1011N/m2，索采用不锈钢绞线，弹性模量E=1.3×1011 N/m2，索

4、的截面面积为59.7mm2，索的初始预应力为150Mpa。节点形式为刚接节点，支座采用理想铰支座，四边支承。作为比照，将其周边铰支座替换成弹簧支座，其他条件不变，计算地震下的反响。为简化计算，采用单向弹簧单元模拟各个方向的弹性支撑，具体的是采用ANSYS中的bin14模拟弹簧支座，其竖向刚度取为860KN/mm，水平刚度0.304KN/mm，阻尼比取为0.05。图1 周边铰支网壳模型图2 周边弹性支座网壳模型选用适合二类场地的EL-Centro波(1940 年)和TAFT波对其进展了8度罕遇(400gal)和9度罕遇地震(620gal)下的响应分析，三向输入，采用ANSYS软件时程分析方法对构

5、造罕遇地震作用下进展计算，比较了地震下最大节点位移，最大加速度和杆件最大应力值。计算上EL-Centro波和TAFT波时间间隔均为0.02s，持时均为40s。构造自振特性首先分析构造在附加弹性隔震支座前后的自振特性，周边铰支和周边弹性支撑的前30阶自震频率见图2，从该频率曲线可见，采用了弹性支座后，构造的整体刚度降低，自振周期延长，即构造各阶频率降低。采用弹性支座后，该网壳的第一和第二自震周期分别由0.784s和0.483s提高到1.040s和0.756s，说明构造动力性能得到了较好的提升。图2 原构造和隔震构造频率比较罕遇地震作用分析在网壳设置弹性支座情况下，先提取所有支座节点位移，求取平均

6、值，然后再提取网壳曲面上节点的最大位移时程，二者相减即得到网壳构造上的最大节点相对位移。以下给出了罕遇地震作用下构造的根本响应。EL-Centro波 TAFT波图3 周边铰支400gal地震波时Z向最大位移时程EL-Centro波TAFT波图4 周边弹性支撑400gal地震波时Z向最大位移时程EL-Centro波 TAFT波图5 周边铰支620gal地震波时Z向最大位移时程EL-Centro波 TAFT波图6 周边弹性支撑620gal地震波时Z向最大位移时程比照图3、图4和图5、图6可知，对四边形索支撑单层空间网壳在采用弹性支座后，该网壳在EL-Centro波和TAFT波作用下，构造竖向的最大

7、节点位移均有较大幅度降低，说明弹性支座的设置，起到了一定的隔减震效果，降低了地震鼓励对上部构造的影响。其他计算结果综合统计于以下各表：最大节点位移(mm)周边铰支周边弹性支撑UXUYUZUXUYUZELC 8度4.823.4818.93.332.4013.0TAFT 8度3.873.5719.22.532.2212.9ELC 9度7.565.3928.74.973.7119.3TAFT 9度5.905.5229.13.713.8819.9最大节点加速度值(m/s2)周边铰支周边弹性支撑ACXACYACZACXACYACZELC 8度1.1440.4632.5500.8280.3451.267T

8、AFT 8度1.0750.8253.1880.9230.7202.513ELC 9度1.7750.7253.9380.7280.2651.814TAFT 9度1.6561.2694.8411.3781.0464.007杆件最大等效应力值(Mpa)周边铰支周边弹性支撑降幅(%)ELC 8度69.849.229.5TAFT 8度74.653.528.2ELC 9度83.556.732.1TAFT 9度92.166.328.0由上表可知：弹簧支座一定程度上减小了该网壳构造在三个方向上的最大节点加速度，说明弹簧的设置已经起到了隔震的作用，降低了网壳的地震反响。但是比照数据可知，该支座对EL-Centr

9、o地震波下的隔震效果较TAFT波要好，这个可能是因为弹簧支座的设置，也减小了构造在地震作用下的杆件应力。计算模型2前面计算了带预应力索的四边形空间网桥构造，下面针对更为常用的三角形单层空间网格构造进展计算。该网壳跨度为50m，长度为60m。钢杆件采用方钢管，规格为100mm×100mm×4mm，材料为Q345钢，弹性模量E=2.06×1011N/m2。节点形式为刚接节点，支座采用理想铰支座，四边支承。作为比照，将其周边铰支座替换成弹簧支座，其他条件不变，计算地震下的各项反响。采用ANSYS中的bin14模拟弹簧支座，其竖向刚度取为860KN/mm，水平刚度0.30

10、4KN/mm，阻尼比取为0.05。图7 周边铰支网壳模型图8 周边弹性支座网壳模型分别用EL-Centro波和TAFT地震波对其进展了8度罕遇(400gal)和9度罕遇地震(620gal)下的动力时程分析，比较了地震下最大节点位移，最大加速度和杆件最大应力值等指标。计算上EL-Centro波和TAFT波时间间隔均为0.02s，持时均为40s。构造自振特性首先分析构造在周边铰支和周边弹性支撑情况下的自振特性，周边铰支和周边弹性支撑的前30阶自震频率见图9，弹性支撑后自振频率有所降低。采用弹性支座后，该网壳的第一和第二自震周期分别由1.684s和1.010s提高到2.119s和1.727s，说明构

11、造动力性能得到了较好的提升。图9原构造和隔震构造频率比较罕遇地震作用分析以下给出了罕遇地震作用下构造的根本响应。EL-Centro波 TAFT波图10 周边铰支400gal地震波时Z向最大位移时程EL-Centro波 TAFT波图11周边弹性支撑400gal地震波时Z向最大位移时程EL-Centro波 TAFT波图12周边铰支620gal地震波时Z向最大位移时程EL-Centro波 TAFT波图13周边弹性支撑620gal地震波时Z向最大位移时程 同样可见，设置弹性支撑后构造的最大位移响应有所降低，支座起到了减弱地震效应的作用。其他计算结果综合统计于下表：最大节点位移(mm)周边铰支周边弹性支

12、撑UXUYUZUXUYUZELC 8度11.39.9547.07.847.0532.3TAFT 8度10.59.6245.46.966.8029.8ELC 9度17.515.469.211.410.446.3TAFT 9度15.513.966.310.49.6746.7最大节点加速度值(m/s2)周边铰支周边弹性支撑ACXACYACZACXACYACZELC 8度0.8590.3631.9380.7320.3071.545TAFT 8度2.2281.5515.7101.9221.3914.899ELC 9度1.3260.5632.8750.9100.4302.026TAFT 9度3.7942.5197.1463.