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大跨度高位钢桁架转换层结构的试验研究与理论分析

叶小刚  
【摘要】:大跨度高位钢桁架转换层结构是一种新型的结构形式,国内外学者对它的受力特性进行了一些理论探索和试验研究。本文结合浙江省电力调度大楼工程,首次对大跨度钢桁架转换层结构进行施工全过程的现场实测,把现场测试结果与中国建筑科学研究院完成的1∶7.5的缩尺模型实验进行比较,并对施工阶段地基不均匀沉降、日照温差等因素对钢桁架转换结构的受力影响进行理论分析。最后还进行了带大跨度钢桁架转换结构的复杂建筑在竖向地震作用下的弹性地震反应分析和竖向静力弹塑性分析。 从现场实测及其与模型试验的对比分析可知:钢桁架在温度和上部结构荷载作用下产生了一定的水平位移,基本实现了第一阶段钢桁架端部为滑动铰支的设想,但由于钢桁架端部与支承面存在较大摩擦力,限制了钢桁架的滑移,其水平位移比预想的小的多。温度变化所引起的钢桁架端部水平位移较小。钢桁架整体应力水平均较低,但其端部弦杆最大应力达到跨中弦杆的50%左右,不是理想的简支状态。 采用两种计算模型来计算地基不均匀沉降对钢桁架转换层结构的受力影响,结果表明不均匀沉降对钢桁架转换层结构的受力影响不明显。根据现场实测的钢桁架转换层结构的温度场,对整体结构的日照温差效应进行分析,并与实测应力进行了比较,结果表明日照温差产生的温度应力最大为-8.6MPa,理论计算值为-9.4MPa。由于日照作用以天为周期频繁作用于结构物上,类似于周期反复荷载,在钢筋混凝土结构设计中应引起注意。 对带大跨度钢桁架转换结构的复杂建筑的竖向地震分析方法进行了一些探讨,包括振型组合方法的选择,振型分解反应谱法振型数目的确定,并对竖向地震作用下钢桁架转换层结构的内力分布形式进行了分析。 通过竖向静力弹塑性推覆(Push-over)分析,揭示了转换层结构产生塑性铰的顺序和机制,采用能力谱方法评估了带转换层结构的复杂建筑的竖向抗震能力。结果表明浙电大楼的竖向抗震能力比水平抗震能力高一度,结构抗震设计合理,具有较大的安全储备。


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