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北京汽车博物馆抗震职能弹塑性剖判

来源:皇冠体育平台 时间:2020-01-11 阅读:85

  北京汽车博物馆抗震本能弹塑性理会_修造/土木_工程科技_专业材料。第 39 卷 第 12 期 修 筑 结 构 2009 年 12 月 北京汽车博物馆抗震本能弹塑性理会 甄 , 陆新征 , 张 伟 力 1 2 1 ( 1 北京市修造策画磋议院

  第 39 卷 第 12 期 修 筑 结 构 2009 年 12 月 北京汽车博物馆抗震本能弹塑性理会 甄 , 陆新征 , 张 伟 力 1 2 1 ( 1 北京市修造策画磋议院 ,北京 100045 ; 2 清华大学土木匠程系 ,北京 100084) [ 摘要 ] 北京汽车博物馆为体型丰富的场馆机闭 ,中厅周边柱上下错位 ,采用型钢混凝土转换节点 。基于非线性有 限元通用软件 ,采用纤维梁和分层壳单位 ,对其合座机闭举办了弹塑性静力推覆和动力时程理会 。采用灵巧模子对 丰富节点举办弹塑性理会 ,取得了节点的承载力 N2M 干系弧线 ,并据此验证了转换节点的牢靠性 。理会结果标明 , 机闭正在幼震及设防烈度地动功用下基础处于弹性形态 ,正在罕遇地动功用下主机闭可以维系较好的职责形态 。 [ 闭节词 ] 汽车博物馆 ; 抗震本能 ; 弹塑性 ; 节点承载力 ; N2M 干系弧线 Beijing Institute of Architectural Design , Beijing 100045 , China ; 2 Dep. of Civil Eng. , T singhua University , Beijing 100084 , China) Abstract :The structure system of Beijing Automobile Museum is irregular and complicate. The columns surrounding the center hall are stagger between stories , and the steel reinforced concrete composite transferring system is used to strengthen the joints. Based 0 幼引 北京汽车博物馆主体结 构 共 5 层 , 长 轴 方 向 约 124m ,短轴目标约 75m , 采用钢筋混凝土框架2剪力墙 机闭 。混凝土剪力墙安顿正在周边 5 个楼梯间 , 框架包 括混凝土梁 、 钢骨梁和钢骨柱 。中厅环行坡道为钢箱 梁机闭 ,屋顶为双向钢桁架编造 。因为修造空间安顿 的央浼 ,机闭包括上下柱错位的丰富节点[1 ] 。机闭设 计基准期为 50 年 , 行使年限为 100 年 , 抗震设防为乙 类 ,机闭安然品级为二级 ,设防烈度为 8 度 , 近震 , 策画 地动加快率值为 012 g ,分组为第一组 ,地方为 Ⅲ 。 类 目前修造机闭的抗震本能弹塑性理会公多针对 多、 层修造 , 而较少涉及丰富钢筋混凝土场馆结 高 [1 ] 构 。采用弹塑性静力推覆理会和动力时程理会 , 对 汽车博物馆合座机闭的抗震本能举办评判 。然后对上 下柱错位的丰富节点举办灵巧修模和弹塑性理会 , 以 验证其承载力 。 1 有限元模子 此类丰富机闭的弹塑性理会瞄准备平台提出了较 高央浼 。采用正在有限元软件 MSC1MARC 本原上开垦的 纤维梁和分层壳模子举办机闭合座修模和准备理会 。 111 框架构件有限元模子 框架构件采用基于 MSC1MARC 软件开垦的纤维 118 on nonlinear finite element software , using fiber beam element and layered shell element , push2over analysis and elastic2plastic under rare earthquake. Keywords :automobile museum ; seismic performance ; elastic2plastic ; load2bearing capability of joint ; N2M interaction curves time2history analysis are carried out. Based on refined finite element model , elastic2plastic analysis is made to study the load2 that the structure is elastic under frequent earthquake and inter2mediate earthquake and the main structure has good performance bearing capacity of complicate joints , N2M interaction curves are obtained and the reliability of joints is proved. The results show Elastic2plastic analysis of Beijing Automobile Museum Zhen Wei , Lu Xinzheng , Zhang Li 1 梁模子 [2 ] 。每个钢筋混凝土杆件截面被划分成若干个 混凝土纤维和钢筋纤维 ,如图 1 所示 。THUFIBER 轨范 中钢筋和混凝土的本构相闭如图 2 ,3 所示 。纤维梁模 型可能凿凿研究轴力和弯矩 ( 单向和双向) 的互相闭 系 ,并依然过实践验证 [3 ] 。 112 剪力墙有限元模子 剪力墙的模仿采用基于复合资料力学道理的分层 壳单位 。单位被分成多层 , 各层配置分别的厚度和材 料本质 ( 混凝土 、 ) , 如图 4 所示 。其余 , 通过配置 钢筋 钢筋资料的目标 , 分别目标上漫衍钢筋数目的差别也 能予以研究 ,如图 5 所示 。分层壳单位可能研究面内 弯剪合伙功用效应和面表弯曲效应 , 而且依然过试验 验证 [4 ] 。合座机闭有限元模子如图 6 所示 。 2 抗震本能弹塑性理会 汽车博物馆形体较量丰富 , 不是很相符静力推覆 理会的央浼 。然则静力推覆理会动作一种粗略适用的 机闭非线 ] , 正在会意机闭懦弱枢纽和变形 才华方面有着较多的工程试验 , 因而最初对该机闭进 3 国度科技撑持设计项目 (2009BAJ28B01) ; 国度天然科学基金中心 项目资帮 (90815025) 。 作家简介 : 甄伟 ,硕士 ,高级工程师 ,Email :zhenw @biad. com. cn 。 3 图 1 截面纤维划分 图2 钢筋滞回模子 图3 混凝土滞回模子 图4 分层壳单位 图5 漫衍钢筋目标 图6 北京汽车博物馆 机闭有限元模子 图7 极点位移 29mm 时剪力墙 钢筋塑性应变云图 图8 极点位移 77mm 时 框架塑性铰漫衍 图9 极点位移 168mm 时 剪力墙压碎应变云图 行静力推覆理会 。别的 , 为了更凿凿掌握机闭正在地动 下简直实受力情形 ,又依据干系楷模 [6 ,7 ] ,选用唐山波 、 El Centro 波和 Taft 波举办大振撼力时程理会 。 211 静力推覆理会 21111 机闭正在静力推覆下毁坏经过 静力推覆理会采用的荷载形式为倒三角荷载 , 为 避免会集荷载导致梁内映现过大压力 , 将秤谌力正在各 层内匀称施加正在筒体上 。 长轴目标 ( x 目标) 推覆 , 机闭极点位移抵达 29mm 时剪力墙钢筋起头屈膝 ( 图 7) , 抵达 77mm 时框架柱开 始出塑性铰 ( 图 8 ) , 抵达 168mm 时剪力墙混凝土多量 压碎 ( 图 9) ,终止推覆 。机闭极限形态变形见图 10 。 短 轴 方 向 ( y 方 向) 推 覆 ,剪力墙钢筋起头屈膝 、 框架柱起头出塑性铰 、 剪力 墙混凝土多量压碎对应的 图 10 推覆理会 极点 位 移 分 别 为 37 , 135 , 最终变形体式 199mm 。 21112 才华谱法评判机闭抗震本能 才华谱法[5 ,8 ] 是弹塑性静力推覆理会常用的方 法 ,其通过对照才华谱弧线和需求谱弧线 , 找到机闭的 宗旨位移点 。接纳的基础步伐如下 :1) 通过弹塑性静 力推覆 ,取得机闭的荷载2位移弧线 , 将其转化为加快 度2位移弧线) 将地动响应谱正在加快 度2位移坐标下示意 , 取得需求谱弧线 , 需求谱弧线与 机闭的延性系数干系 , 因而修筑一族对应分别延性系 数的需求谱弧线) 各需求谱弧线与才华谱弧线各有 一个交点 ,若该点对应的机闭位移与该需求谱弧线对 应的机闭延性系数吻合 , 则该点即为机闭的宗旨位移 点 ;4) 通过考察机闭正在推覆经过中抵达宗旨位移点时 的毁坏情形 ,评判机闭的抗震本能 。 采用才华谱法评判汽车博物馆的抗震本能 , 才华 谱弧线由上述倒三角荷载推覆得来 , 需求谱弧线 ] 倡导格式 , 由我国楷模 [6 ] 章程的地动反 应谱转化而来 。最终取得的长轴和短轴对应于大震 、 中震 、 幼震下的宗旨位移点如图 11 ,12 所示 。图中表 明 ,无论是长轴目标依旧短轴目标 ,正在幼震和中震宗旨 位移点下 ,剪力墙钢筋未屈膝 ; 正在大震宗旨位移点下 , 剪力墙部门钢筋屈膝 ,但框架柱未映现塑性铰 。 依据分别地动秤谌宗旨位移点以及推覆荷载2位 移弧线 ,取得分别地动秤谌下的机闭位移沿高度漫衍 情形 ,如图 13 ,14 所示 , 均知足楷模央浼[6 ] 。可见 , 结 构的抗震本能知足央浼 。 212 动力弹塑性时程理会 依据我国楷模 [6 ] , 动力时程理会起码须要采用三 条波 ,依据干系规程[7 ] 倡导 , 选用唐山波 、 Centro 波 El 和 Taft 波 。 动力时程理会取得的楷模极点位移时程弧线 所示 ,动力时程理会与静力推覆理会的极点位移对 好比图 16 所示 。可见 , 唐山波和 El Centro 波时程理会 取得的最大极点位移较量亲密 , 而 Taft 波时程理会得 119 图 11 长轴目标 ATC240 的 本能宗旨评判 图 12 短轴目标 ATC240 的 本能宗旨评判 到的最大极点位移与其他两条波的结果相差较大 。产 生差别的重要缘故是三条地动波的频谱因素分别 。 对钢筋和混凝土修模 , 轨范自愿识别空间上邻近的钢 筋和混凝土节点 ,使其谐和变形 ,从而不必正在修模时就 研究二者节点的般配题目 ,大大简化了修模职责 。 312 节点承载力理会 图 17 钢筋模子 按图 19 所示对节点灵巧模子加载 , 岂论是只加轴 力 ,或是只加侧向力 , 或是同时施加轴力和侧向力 , 节 点区域的毁坏都是构件端部先出铰 , 最终先于节点破 坏 ,如图 20~22 所示 。 合座机闭理会的钢骨框架柱轴力正在5 000 ~12 000 kN 之间 , 因而准备了以下三个工况来取得毁坏包络 图 13 分别地动力 秤谌机闭位移漫衍 图 14 分别地动力秤谌 机闭层间位移角漫衍 面 :1) 轴压 : 将轴压力施加正在柱子上 , 直至毁坏 ; 2 ) 纯 弯 : 柱 顶 推 覆 直 至 弯 曲 破 坏 ; 3 ) 压 弯 : 3 500 , 7 000 , 通过对节点承载力的灵巧化理会 , 可能取得构件 10 500 ,21 000kN 轴力下正在柱顶推覆直至弯曲毁坏 。 图 15 El Centro 波功用下极点位移时程弧线 端部抵达极限形态的各式轴力2弯矩组合 , 进而取得构 件端部极限形态的轴力2弯矩干系弧线 。将机闭合座 理会取得的轴力2弯矩组合与该干系弧线举办对照 , 可 以评判构件是否安然 。以节点上柱为例 , 图 23 不同标 出该类型的各柱子正在长轴推覆和短轴推覆下抵达大震 秤谌的轴力2弯矩组合 , 均正在毁坏包络面以内 , 可见该 类型的各柱子均知足安然性央浼 。 通过获取节点毁坏包络弧线 , 提取节点构件正在各 形态下的内力 ,将节点内力和包络弧线较量 , 来判定节 图 16 时程理会和静力弹塑性理会取得的极点位移对照 图 16 标明 ,正在 8 度大震下 , 关于唐山波 , 长轴和短 轴输入时都是部门剪力墙钢筋屈膝 , 部门框架柱出塑 性铰 ; 关于 El Centro 波 , 长轴输入相对晦气 , 部门剪力 墙钢筋屈膝 ,部门框架柱出塑性铰 ,短轴输入时仅有部 分剪力墙钢筋屈膝 , 而框架柱未映现塑性铰 ; 关于 Taft 波 ,长轴输入时剪力墙钢筋未屈膝 , 短轴输入相对不 利 ,有部门剪力墙钢筋屈膝 。极点位移时程弧线和层 间位移角时程弧线标明 , 采用三条波准备取得的最大 极点位移和最大层间位移角均知足楷模央浼 。 3 节点承载力弹塑性理会 目前合座机闭理会平常都假设节点不产生毁坏 , 但本机闭包括上下柱错位的节点[1 ] ,受力丰富 , 需对节 点举办更灵巧的理会以确保其正在大震下的牢靠性 。 311 节点有限元模子 对节点左边悬臂梁举办完美修模 , 其余三个目标 的梁以及柱 , 只取半跨修模 。混凝土划分成六面体单 元 , 受压采用基于 von Mises 屈膝准绳的弹塑性模子 ,受 拉采用基于最大拉应力准绳的弥散毛病模子 。钢筋划 分成桁架单位 ( 图 17 ) , 梁 柱 型 钢 划 分 成 壳 单 元 ( 图 18) ,钢材采用基于 von Mises 屈膝准绳的理思弹塑性模 型 。混凝土与型钢共用节点 。而钢筋与混凝土的谐和 变形模仿采用 MSC1MARC 自带的 Insert 功用 , 即不同 120 图 18 型钢模子 图 19 节点模子加载形式 图 20 工况三毁坏时混凝土应变 图 21 工况三毁坏时型钢应变 图 22 工况三毁坏时钢筋应变 ( 下转第 113 页) 位于轴 ⑤, ⑥, ⑦ 处的框架柱是雨篷策画中最紧张 的构件之一 。该框架柱要经受由悬挑梁施加的弯矩 、 由幕墙竖向受力索直接或间接转达的索拉力及由轴 Ξ 钢梁轴向力惹起的剪力 。所以 ,关于这部门框架柱 , 采 用了钢骨混凝土柱 。而且正在准备中研究了钢骨混凝土 柱的线刚度对悬挑梁的挠度影响 。 构件强度包络策画应力比最大值 0186 ; 最大挠度 97mm ,研究楷模允许的起拱成分后 , 主梁端部挠度控 造正在 lΠ 以下 。 200 图 12 钢机闭雨篷平面图 依据准备理会 , 与斜框架柱相连的框架梁受到轴 向拉力的功用 。这些部位的框架梁为拉 、 、 弯 剪复合受 力 ,配筋接纳了拉通梁扫数纵向受力钢筋 、 纵筋所有机 械邻接等办法 。其余 ,正在斜框架柱根部均设有系梁 , 以 扞拒斜框架柱根部的轴向压力秤谌分量 ,见图 14 。 图 14 与斜框架柱相连的框架梁的巩固办法 6 结语 ( 1) 工程按照地质情形及实地试桩试验结果 , 确定 图 13 雨篷悬挑钢梁示贪图 515 与斜框架柱相连的框架梁的巩固办法 ( 上接第 120 页) 图 23 节点上柱安然性 了合理的单桩竖向抗压承载力特性值 。试桩结果可为 当地域其他工程以及其他土质附近地域的工程桩策画 供应参考 。 ( 2) 针对以往地动中邻接体的震害特质 , 邻接节点 策画针对幼震 、 中震及大震情形提出分别的策画宗旨 , 并通过多道设防办法知足分别阶段的本能央浼 。 (3) 索网幕墙 、 钢斜筒 、 参 考 文 献 [1 ] G B50011 — 2001 修造抗震策画楷模 [ S] . 北京 : 中国修造工业出书 为达成主楼修造造型 , 机闭正在主楼表角落和中庭 轮廓处均配置斜框架柱 。对斜框架柱的策画重要研究 了两个方面的巩固 : 一方面是各楼层处斜框架柱与正 常框架柱之间梁的抗拉策画 ; 另一方面是斜框架柱与 寻常框架柱根部结交处的节点策画 。 社 ,2008. [2 ] J G — J3 2002 高层修造混凝土机闭技艺规程 [ S] . 北京 : 中国修造 工业出书社 ,2002. ( 3) 丰富节点区域的毁坏都是构件端部先出铰 , 先 于节点毁坏 ,节点承载力知足央浼 。 参 考 文 献 [ 1 ] 张力 1 北京汽车博物馆机闭抗震策画 [J ] . 修造机闭 , 2009 ,39 (12) . [ 2 ] 陆新征 ,张炎圣 ,江见鲸 . 基于纤维模子的钢筋混凝土框架机闭 爆破倾圮毁坏模仿 [J ] . 爆破 ,2007 ,24 (2) :126. [ 3 ] 叶列平 ,陆新征 ,马千里 ,等 . 混凝土机闭抗震非线性理会模子 、 格式及算例 [J ] . 工程力学 ,2006 ,23 (s2) :1312140. [ 4 ] 林旭川 ,陆新征 , 缪志伟 , 等 . 基于分层壳单位的 RC 主旨筒三 维全经过有限元理会 [ C]Π第十一届高层修造抗震技艺换取会 Π 论文集 ,昆明 ,2007 :1842189. [ 5 ] 钱稼茹 ,罗文斌 . 修造机闭基于位移的抗震策画格式 [J ] . 修造 机闭 ,2001 ,31 (4) :326. [6 ] G B50011 — 2001 修造抗震策画楷模 [ S] . 北京 : 中国修造工业出 版社 ,2008. [ 7 ] CECS 160 :2004 修造工程抗震形状策画公则 ( 试用) [ S] . 北京 : 中国设计出书社 ,2004. [ 8 ] ATC240 Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings[ S] . [ 9 ] 江见鲸 , 陆新征 , 叶列平 . 混凝土机闭有限元理会 [ M] . 北京 : 清华大学出书社 , 2005. [ 10 ] MARC , User’ manual [ C] : MSC. Software Corporation. 2003. s 点是否安然 。正在举办多量节点的弹塑性理会时 , 可能 轻易 、 凿凿地验证节点的受力本能 。 5 结论 层壳模子可能凿凿地告竣此类丰富机闭的合座弹塑性 静力和时程理会 。 下 ,机闭变形才华知足抗震央浼 。 (1) 正在 MSC1MARC 软件本原上开垦的纤维梁和分 (2) 8 度幼震下 , 机闭处于弹性 ; 8 度中震和大震 113

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