施工階段結(jié)構(gòu)水平方向動(dòng)力彈塑性分析

周天義， 王澤云， 汪義凡， 曾武鳳， 唐述涌

(西華大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院，四川成都 610039)

施工階段結(jié)構(gòu)水平方向動(dòng)力彈塑性分析

周天義， 王澤云， 汪義凡， 曾武鳳， 唐述涌

(西華大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院，四川成都 610039)

結(jié)構(gòu)在進(jìn)行施工階段受力分析時(shí)，更多的還是考慮在豎向荷載作用下結(jié)構(gòu)的位移和內(nèi)力變化情況。在水平方向，尤其在進(jìn)行地震動(dòng)力分析時(shí)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是將結(jié)構(gòu)整體作為研究對象，實(shí)際上結(jié)構(gòu)的剛度是在不斷變化的，因此有必要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行水平方向的施工階段分析。文章基于有限元分析軟件Etabs，通過對4層框架結(jié)構(gòu)和10層框筒結(jié)構(gòu)，分別考慮在一次加載和逐層加載作用下進(jìn)行動(dòng)力彈塑性分析,比較不同初始工況作用下結(jié)構(gòu)的最大層間位移角和最大層間剪力的變化來分析其對結(jié)構(gòu)的影響程度。

一次加載； 施工階段； 模型； 分析； 彈塑性分析

結(jié)構(gòu)進(jìn)行水平方向動(dòng)力彈塑性分析時(shí)通常以建成后的整體作為力學(xué)模型，考慮荷載一次性作用在構(gòu)件上。實(shí)際上高層建筑在施工時(shí)是按照一定的施工順序完成的，結(jié)構(gòu)上的荷載也隨著施工的順序，從下而上逐步作用在各個(gè)構(gòu)件上。結(jié)構(gòu)的剛度也隨著建造的過程慢慢變化，因此很有必要研究結(jié)構(gòu)水平方向動(dòng)力彈塑性分析考慮施工階段的影響。

1 施工階段荷載效應(yīng)分析的方法

1.1 一次加載法

以往在進(jìn)行荷載下的內(nèi)力以及位移計(jì)算時(shí)采用這種方法，即把模型建成后一次作用全部荷載，計(jì)算模型如圖1所示。

圖1 一次加載法

1.2 近似模擬施工過程方法

這種方法是以結(jié)構(gòu)整體作為研究對象，計(jì)算每一層的荷載效應(yīng)時(shí)只考慮本層及以上所有層荷載效應(yīng)在結(jié)構(gòu)上的疊加，計(jì)算模型見圖2。

圖2 近似模擬施工過程法

1.3 精確模擬施工法

這種方法將結(jié)構(gòu)整體按照施工階段進(jìn)行劃分，每一個(gè)的剛度隨著施工階段的不同而變化，每一階段的荷載效應(yīng)計(jì)算時(shí)只考慮頂層荷載的影響，此法計(jì)算出來的荷載效應(yīng)更準(zhǔn)確，計(jì)算模型見圖3。

圖3 精確模擬施工過程法

2 施工階段分析的研究情況

國內(nèi)對施工階段的研究較早，主要的研究集中在計(jì)算方法的精確化和豎向位移的分析。丁龍章對一榀13層框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行軸向變形計(jì)算時(shí)，通過位移差的比較，建議高層結(jié)構(gòu)應(yīng)采用施工階段分析。李丹等人運(yùn)用圖2所示的近似法來編制計(jì)算機(jī)程序并且對結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。隨后傅學(xué)怡提出了圖3精確計(jì)算方法，并對一榀2跨5層框架通過計(jì)算構(gòu)件的軸力和彎矩來驗(yàn)證該方法。方永明等人通過一簡單算例分別比較了在一次性荷載、近似施工加載和精確施工加載作用下框架結(jié)構(gòu)的彎矩和軸力，通過內(nèi)力分析更加直觀的意識到三者之間的差異。

周緒紅等人通過四個(gè)鋼框架核心筒的計(jì)算模型運(yùn)用SAP 2000軟件間接對其進(jìn)行模擬分析，在豎向變形計(jì)算時(shí)考慮收縮徐變、溫度作用以及構(gòu)件節(jié)點(diǎn)位置的連接等多種影響工況，結(jié)果顯示三者引起的荷載效應(yīng)很大。傅學(xué)怡等人對國外超高層鋼筋混凝土交叉外網(wǎng)筒結(jié)進(jìn)行分析，認(rèn)為在施工模擬計(jì)算分析時(shí)，不僅局限于結(jié)構(gòu)自重，還需要對預(yù)應(yīng)力、溫度作用等均應(yīng)進(jìn)行考慮。

3 模型分析

對于現(xiàn)有的研究主要是在豎向荷載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移的分析，對于地震作用下水平方向的內(nèi)力和位移研究很少。為驗(yàn)證施工階段分析對結(jié)構(gòu)動(dòng)力作用的影響，本文通過建立2個(gè)模型運(yùn)用Etabs有限元分析軟件對其進(jìn)行分析。

3.1 模型一

通過4層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，模型如圖4，分析前建立二種工況。工況一：結(jié)構(gòu)只考慮一次加載的作用；工況二：按照精確模擬方法，將框架按層分為4組，分層施加荷載，進(jìn)行施工階段分析。工況建立完成后，再以各種工況為初始條件進(jìn)行動(dòng)力非線性分析。分析完成后通過查看結(jié)構(gòu)最大層間位移角和層間剪力的變化，結(jié)果見表1、表2。

圖4 4層混凝土框架結(jié)構(gòu)模型(單位：m)

樓層工況 1層2層3層4層工況一0.614×10-31.061×10-30.873×10-30.511×10-3工況二0.611×10-31.054×10-30.864×10-30.505×10-3

表2 4層框架結(jié)構(gòu)最大層間剪力 kN

通過分析可知，框架結(jié)構(gòu)的最大層間位移角均發(fā)生在第2層，工況一作用下為1.061×10-3，工況二作用下為1.054×10-3；最大層間剪力均在基底層，工況一為384.36 kN，工況二為382.99 kN。通過比較可知，框架結(jié)構(gòu)考慮一次加載時(shí)的動(dòng)力分析結(jié)果大于逐層加載的結(jié)果，但二者結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化。

3.2 模型二

通過10層混凝土框筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，模型參數(shù)見圖5，分析的工況同模型一。分析完成后結(jié)果見表3、表4。

圖5 10層混凝土框筒結(jié)構(gòu)模型(單位：m)

通過分析可知，框筒結(jié)構(gòu)的最大層間位移角均發(fā)生在第6層，工況一作用下為0.571×10-3，工況二作用下為0.576×10-3；最大層間剪力均在基底層，工況一為1 347.9 kN，工況二為1 351.4 kN。通過比較可知，框筒結(jié)構(gòu)考慮一次加載差時(shí)的動(dòng)力分析結(jié)果小于逐層加載的結(jié)果，但二者結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化。

表3 10層框筒結(jié)構(gòu)最大層間位移角

表4 10層框筒結(jié)構(gòu)最大層間剪力 kN

4 結(jié)束語

(1)結(jié)構(gòu)在豎向荷載下進(jìn)行豎向位移、內(nèi)力分析時(shí)需要考慮施工階段的影響，而且還需要考慮材料的時(shí)變特性，比如材料的彈性模量的變化，混凝土的收縮徐變，溫度作用以及基礎(chǔ)沉降等等影響，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行分析時(shí)需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際合理選擇影響因素。

(2)通過對4層框架結(jié)構(gòu)和10層框筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力彈塑性分析，最大層間位移角和最大層間剪力均發(fā)生在同一樓層，未發(fā)生變化。4層框架結(jié)構(gòu)考慮逐層加載產(chǎn)生的動(dòng)力效應(yīng)影響比一次加載偏小，但二者相差不大；10層框筒結(jié)構(gòu)考慮逐層加載產(chǎn)生的動(dòng)力效應(yīng)影響比一次加載偏大，但二者相也不大。故結(jié)構(gòu)在水平地震下彈塑性分析時(shí)對層間位移角和層間剪力的影響可以忽略。

[1] 夏心紅.高層混合結(jié)構(gòu)施工過程影響與動(dòng)力性能研究[D].長沙:湖南大學(xué)，2007.

[2] 丁龍章.高層框架在恒載作用下的施工模擬計(jì)算[J].建筑結(jié)構(gòu)，1985，15(5):5-12.

[3] 傅學(xué)怡.高層建筑結(jié)構(gòu)垂直荷載下的施工模擬計(jì)算[J].深圳大學(xué)學(xué)報(bào)；理工版，2003，20(4):23-29.

[4] 方永明，韋承基，戴國瑩.高層建筑結(jié)構(gòu)施工模擬分析的剖析[J].上海鐵道大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，18(4):50-54.

[5] 周緒紅，黃湘湘，王毅紅，等.鋼框架-鋼筋混凝土核心筒體系豎向變形差異的計(jì)算[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2005，26(2):66-73.

[6] 傅學(xué)怡，吳兵，陳賢川，等.卡塔爾某超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究綜述[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2008，29(1):1-9.

中國青海省可可西里正式列入世界遺產(chǎn)名錄

中國青海省可可西里7日在波蘭克拉科夫舉行的第41屆聯(lián)合國教科文組織世界遺產(chǎn)委員會(huì)會(huì)議(世界遺產(chǎn)大會(huì))上獲準(zhǔn)列入世界自然遺產(chǎn)名錄。至此，中國已擁有51處世界遺產(chǎn)。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間7日15時(shí)13分許，大會(huì)主席一錘定音，中國青海省可可西里正式列入世界自然遺產(chǎn)名錄。聯(lián)合國教科文組織執(zhí)行局主席沃布斯，菲律賓、秘魯、芬蘭、哈薩克斯坦等世界遺產(chǎn)委員會(huì)委員國代表，柬埔寨、德國、加拿大、法國等教科文組織會(huì)員國代表團(tuán)團(tuán)長等紛紛來到中國代表團(tuán)席位前表示祝賀。

中國聯(lián)合國教科文組織全國委員會(huì)秘書長杜越對新華社記者表示，可可西里申遺成功有非常重要的意義。在目前世界遺產(chǎn)名錄中，可可西里平均海拔最高，超過4500米，是全世界非常稀有的高原，有著特殊的生態(tài)和特殊的生物多樣性?？煽晌骼镆彩悄壳爸袊娣e最大、海拔最高、野生動(dòng)物資源最為豐富的自然保護(hù)區(qū)之一。

青海省副省長韓建華對新華社記者說，可可西里是全世界受人類影響最小的區(qū)域之一，是藏羚羊、野牦牛等珍稀野生動(dòng)物重要的棲息地。青海省將嚴(yán)格按照《保護(hù)世界文化和自然遺產(chǎn)公約》的相關(guān)要求，“像愛護(hù)我們的眼睛、呵護(hù)我們的皮膚一樣保護(hù)好可可西里的生態(tài)環(huán)境”。

中國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部城市建設(shè)司副司長章林偉對新華社記者表示，中國多年來在生態(tài)文明建設(shè)和遺產(chǎn)保護(hù)方面所做的工作得到國際認(rèn)可。住建部將繼續(xù)做好中國世界自然遺產(chǎn)的培育、申報(bào)和保護(hù)管理，保護(hù)好、利用好、傳承好世界自然遺產(chǎn)。

世界自然保護(hù)聯(lián)盟在評估報(bào)告中說，可可西里一望無垠，幾乎沒有受到現(xiàn)代人類活動(dòng)的沖擊，美景“令人贊嘆不已”。這里保存著完整的藏羚羊在三江源和可可西里間的遷徙路線，藏羚羊可以不受干擾地遷徙。

可可西里位于青藏高原腹地，平均海拔4500米以上?？煽晌骼锷赀z項(xiàng)目于2014年底正式啟動(dòng)，覆蓋總面積約600萬公頃，其中核心區(qū)面積約370萬公頃，緩沖區(qū)面積約230萬公頃。

摘自：新華社

周天義(1989～)，男，在讀碩士研究生， 研究方向?yàn)楣こ探Y(jié)構(gòu)。

TU311.3

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[定稿日期]2017-05-22