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1、1五心圆柱面网壳工程实例的性态分析摘 要:文章采用数值分析方法,以江西丰城电厂二期干煤棚网壳为研究对象,分析了该结构的动力特性及其在自重、地震、风载作用下的最大位移响应,从而找出该结构的控制荷载,可为相关设计和研究提供参考。 关键词:五心圆网壳;动力特性;静力响应;动力响应 Abstract: This article uses the numerical analysis method,take the Jiangxi Fengcheng power plant two issue of dry coal awning net shell as the object of study,has
2、 analyzed this structure dynamic performance and in the dead weight,the earthquake,under the wind load function biggest displacement responds,thus discovers this structure the control load,may provides the reference for the related design and the research. Key words: five heart cylinder mold shell;d
3、ynamic performance;static response;power response 文章以江西丰城电厂二期干煤棚的网壳为背景,研究其动力特性及不同荷载下的最大位移响应。该工程网壳跨度 82 m,长度 111 m,高度 29 m,投影单位面积用钢量为 27 kg,基础采用上下弦独立短弦支撑,柱距 7.4 m。采用五心圆网壳结构,该体型的跨向断面比圆柱面体型更能充分利用内部空间,降低结构单位空间用钢量。中国作为多地震国家,80%以上大中城市处于地震区,而五心圆网壳作为一种大跨空间结构,研究其动力特性和对不同荷载的响应具有重要实际意义。 1 基本参数和计算模型 1.1 基本参数 以真
4、实工程 82 m 的网壳为研究对象,跨向剖面为五心圆柱面,基础采用上弦独立短弦支撑,柱距 7.4 m。网壳网格尺寸为 3.7 m3.7 m,网壳厚度为 2.8 m,支座向上两个网格垂直地面,第 35 个网格形成的圆弧半径为 12.056 m,圆心角为 52.961 8;中间 21 个网格形成的圆弧半径为 60.108 m,圆心角为 74.076 4。网壳围护结构为2轻型檩条和单层压型钢板。钢管的弹性模量为 E=2.06102 GPa,泊松比为?滋=0.3,密度?籽=7 850 kg/m3,用有限元建立模型。 材料选用 Q235 钢,材料见表 1,考虑类场地,8 度设防烈度。 1.2 计算模型
5、有限元分析中,杆件选用 LINK8 杆单元,节点集中质量采用 MASS21 单元,上弦每个节点单元质量为 698 kg(恒荷),桁架两端为三向不动铰。有限元模型见图 1。 2 动力特性分析 结构的自振特性是其本身的固有特性,只与结构的自重、刚度及质量分布等因素有关,是衡量结构质量和刚度是否匹配、刚度是否合理的重要指标。此外,准确把握结构的自振特性还能避免与动力荷载发生共振的危险。因此,对结构进行自振特性分析具有重要的意义。 下文列出结构的前 50 阶自振频率(见自振频率表 2)及结构的第一阶到第八阶振型,见图 2。 双层圆柱面网壳的自振特性: (1)结构振型在前 50 阶变化基本呈线性递增,前
6、 6 阶模态频率变化相对较大。随着频率的增加,网壳面的波形逐渐复杂,双向的波峰数量增多。 (2)频率相当密集,说明结构复杂,各组成单元相互联系紧密,有利于结构受力。 (3)双层圆柱面网壳的振型分为水平振型和竖向振型,并且两者交叉出现。 3 网壳在恒荷、风载、地震作用下的最大位移响应 本节主要从位移效应了解各种荷载对结构的影响。由于实际情况比较复杂,文3章篇幅有限,文章只研究一些普遍情况的受力。 (1)结构在恒荷、地震、风荷作用下,受力情况由规范计算并做适当假设得出数值为:恒荷:质量除了自重荷载以外,屋面结构自重集中在上弦节点上,每个节点单元质量为 698 kg。谱分析的地震荷载:按横向水平地震
7、作用,8 度设防设计。风荷载:假设左侧水平方向风载作用,由规范可知 wk=?茁 z ?滋 s ?滋 z w0 ?茁 z=1.58?滋 z=1.25?滋 s=0.5sin3?渍-cos2?渍w0=400 N/m2 图 3 为结构依次在恒荷、地震、风荷作用下的受力示意图。 (2)结构在恒荷、地震、风荷作用下,变形情况为:恒荷:最大位移出现在跨中,最大位移为 0.038 4 m。地震荷载:最大位移出现在 1/3 跨处,最大位移 0.097 m。风荷:最大位移出现在跨中偏右约 10 m 处,最大位移 0.202 m。 4 结论 由以上分析可得出结论: (1)在各种荷载中,风荷载起控制作用,自重荷载、地震荷载相对比较小。 (2)比较大的自重可以抵消风荷载的作用效应,对结构稳定有利。 (3)由于网壳结构自重轻,结构合理,使得自重作用对网壳的影响只是风荷载影响的 1/5,地震作用对网壳的影响是风荷载影响的 1/2。
