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1、第八届全因现代结构T 程学术研讨会 张弦巨型网格结构的地震响应时程分析 吴春野殷志祥 ( 辽宁工程技术大学土木建筑工争P 学院，牛祈1 2 3 0 0 0 j 提要：巨型网格结构4 ：地震等待拔的作用下结构的变形主要是横向的冈此本文提i j 种张弦 - ：型嘲格结构E I J i i 巨型刚格结构的 横I 桁架F l 射引入预应力钢索，通过预应力柬提I _ 结构的横向HJ 度。采J f j 时雅分析浊对两种结构红地震作J J 下的响心特性 进行对比分析，了解结构基本地震响应时程特性：以及矢跨比、钢索中的仞始预应力等系列参数变化对张弦巨型嘲格结 构地震响应时程特性的影响，为陔结构的抗震设计和参数
2、选择提供参考依抛。 关键词：张弦n 型网格，预应力钢索，地震响应。时提法，参数分析 一、引言 巨型嘲格结构是近些年来出现的一种应用于超大跨度建筑结构的杂交结构形式，它是由l ：体结构和子结构相 互作川而成的组合结构。由于在巨型网格结构大网格中布黄了子结构，使得结构的纵向刚度比较大，在荷载作用 下的变形都是沿着结构的横向。因此奉文提出一种新的组合结构形式即张弦巨型网格结构，通过在巨型网格结构 的横向桁架下面引入预应力钢索来提高结构的横向刚度。本文将主要研究张弦巨型网格结构和巨型网格结构的地 震响应特性，然后对张弦巨型网格结构的矢跨比、钢索中的初始预应力等系列参数进行分析，深入了解不同参 数对新结
3、构形式响应特性的影响，为结构形式的抗震没汁提供理论依挺和指导。计算地震响应的方法主要包括振 型分解反应谱法和时程分析方法。振型分解反应谱法是。种比较简单的汁算方法，但是该方法仅能给出结构各振 型反应的最大值，而丢失了与最大值和振型组合有关的重要信息，因此计算精度较低，仅对于一些简单结构和跨 度较小的标准网架可以满足计算要求。时程法能够求得结构随时问变化的整个地震过程巾的反应值，且计算结构 较为精确，是一种被公认的应用于复杂结构和跨度较大结构的地震响应的计算方法。本文将采用时程法对结构进 行地震响应分析。 二、地震响应分析方法 ( 一) 时程法分析理论 在地震的作用下，所有节点的振动方程可以写成
4、矩阵的形式： m + 【c m + 【K m = 一 我( f ) 其中【M 】为集巾质量矩阵：【C 为阻尼系数矩阵；【胃】为组合刚度矩阵； 量) 、( 工 、 z 】分别为结构质点的加 速度向量、速度向量、位移向量；j ( t ) 为地面运动的加速度。 时程法足一种直接积分方法，它对所得到的振动方程进行直接积分，从而求得每一瞬时结构的位移、速度和 加速度。常用的直接积分方法是线性加速度方法，即首先假定时间时刻的位移、速度和加速度都已知，并假定在 r 时刻时间内加速度按卣线变化来求解丁+ 7 _ 时刻的解。依此类推，就I J j 以求解整个领域内的解。 ( 二) 地震波的选取 目前，国内外抗震
5、设汁最常用的三个地震波是：E L - C e n t r o 波、T A F T 波和天津波。本文将采用天津波对结构 进行时程分析，该地震波为1 9 7 6 年1 1 月1 5 日2 1 点5 3 分天津医院观测站记录的唐山地震的余震波。震级M 6 9 ， 震源深度1 7 k m ，震中距6 5 k m ，场地类别为三类，时问削隔O 0 1 秒，加速度峰值1 4 5 8 0 1 8 c m s 2a t7 6 4S 。持续 工业建筑2 0 0 8 增刊 1 0 7 9 第八“耷国现代结构T 程学术研讨会 时间为1 91 9s 在时结构进行分析时选择地雀动持续的时间包肯地震记采齄强部分 三、有限
6、元模型的建立 巨掣同格结构( 圈】) 的杆件和撑采用L I N K 8 单兀，利崩L I N K l 0 单几米模拟预应力钢索。模型的横向跨 度为2 1 0 m ，纵向跨度为I8 0 m 、托商为1 1 5 、横向 嘲格数为8 、又网格内的小叫格数为8 、纵向拱桁架数为9 、 纵向桁架小同榕数为8 、桁架槊高度为3 m 。主结构杆件截面为m 2 0 3 “ 1 8 m m ，了结构杆件的截面为o ) 1 1 4 * 1 0 n u n 张弦巨型刚格结构( 俐2 ) 撑杆的截卣为0 1 1 4 1 0 m m ，索的直径取4 0 mm ，使结构能够产q 在止常使用荷载的 作用F 反向的位移和内力
7、的初始应变s 为j0 e I 。 固1巨型网格结构模型图2 张弦巨型网格结构模型 四、巨型网格结构和张弦巨型网格结构的地震响应分析 取眄种结构中横向桁桨部分f 自H I I d 位肾* 点的位移响应分析，得结沦如同3 所示( 罔。p 列举的足 - 体结构 l 。弦” 的雎 位转响) 。 a ) 跨中节点Y 向最大位移响应 ( b ) I 4 跨节点Y 向最大位移响应( c ) 3 4 跨节点Y 向最太位档响应 图3 跨度方向不同位置Y 向最大位移响应 通过汁算知，两种结构的位移响应土要以Y 向为t 报弦巨型州格结构野中节点Y 向的 竹移最大值为00 3 9 5 m ，巨型刚格结构跨中节 Y 向
8、的位移屉大值为00 6 2 3 m 说明张弦巨犟网 格结构的横刚度业比 】掣嘲格结构的耍大这是由于在n 厅型刚格横向桁桨F 引 颅戌山的原 岗。 五、不同参数对张弦巨型网格结构的地震响应分析 ( 一) 不同预应力对结构地震性能髟响 第八届令国现代结树r l 学术研讨台 仍取前面张弦l i 型H 格结构为倒，丹刖对08 s 、S 、I2 S 、I4 S 返叫种颅应力情M n 对比舒 析，结构如同4 所示( 闱中列举最人似移响鹰) 。 圈4 不同预应力张弦巨型网格结梅 位移响应曲线 囤5 不同矢跨比张弦巨型网格结椅 位移响应曲线 由圈所知，结构的位移响应轴着颤应力的增大而碱小，这芷山r 张弦U 型
9、网格结构随着预 应力的增加刚度增 的原崮， ( 二) 不同矢踌比对结构地震性能髟畴 仍取前面张啦巨掣网格结构为倒，分别对矢跨比为1 61 5 、1 4 、1 1 3 这四种情况竹对比分 折，结构如图5 所示( 闻中列举最 位移响应) 。 由图所知，结构的扭穆响m 髓若结构炙跨比的增大而增人，这足由f 张弦p 型剐格结构随 着* 跨比的增加刚度降低的腻困， 六、结论 本文姬过分析得H 以F 结论 ( 1 ) 在地震荷载的作用下张弦巨型嘲格结构比一型刚格结构的地徭位移响戊饕小，这是由于预应力的加 使得张弦“型网格结构刚度增大的原凼。 ( 2 ) 张弦巨型网格结构随着预应力的增加地攫位移响麻降低其原
10、陶足颅臆力增加，结构的 刚度：张弦臣型网倍鲒构随着矢跨比的增加地麓忸辖响应增大。 参考文献 ，* 目m n m 女# 拇 j 【女： * 交m * # 2 0 0 3 # ，m m # m t 目目* 镕目“ R J 自镕目2 0 0 2 + 1 7 ( 6 ) 45 1 * ，# 镕目* 二J j 匕m ：十日4 * Iq k m k ，2 0 0 0 # * m ，- m 【q m 镕月F 单E # i M 构# 2 J 】H ，自2 0 0 3 ，2 3 ( 1 ) 3 1 - 3 7 口￥月镕n # 目# i ! 月* 镕自自目a n * J 女 m ，2 0 0 5 3 2 ( 3 】4 I4 6 女月 月镕o n f 1 f 月* # 目日自女z * * r * n 月* 镕目自# * 日R 朋4 a - 2 0 0 3l g ：1 0I 。 r H ，* 目# 、z # m M # “ Rr J 十目日* I 女 * * z 2 G ) 5 镕m tJ 自 m 镕构自* # # H * i J 二M gI m 2 0 0 63 2 ( 4J ：1 0 5 1 0 8 目A , S Y S $ J mH 】女目( H J t ；十j q m # m m 2 0 0 7
