考虑SSI影响的钢管混凝土框架模态分析.pdfVIP

第25卷第3期 华 中 科 技 大 学 学 报 (城市科学版) Vo1．25NO．3 2008年9月 J．ofHUST．(UrbanScienceEdition) Sep．2008 考虑 SSI影响的钢管混凝土框架模态分析 姜绍飞 ，杜 权2，吴兆旗 (1．福州大学 土木学院，福建 福州 350108；2．沈阳建筑大学 土木学院，辽宁 沈阳 110168) 摘 要：为了进一步了解土体对其上部结构动力特性的影响，对土体采用弹簧一阻尼单元进行模拟，建立一个 四层圆钢管混凝土框架结构在考虑土一结构相互作用(SSD的有限元分析模型。为了比较，建立了相同结构底部 刚接的结构体系模型。对两种结构体系的动力特性参数进行了分析比较，发现考虑SSI影响的结构 自振频率比 底部刚接的自振频率要小，降低的幅度在 7．64％ 13．06％之间；高阶振型变化明显。研究表明，SSI对钢管混 凝土框架的动力特性有一定的影响，在其抗震设计和结构损伤检测方面应该进行适当地考虑。 关键词：土一结构相互作用 ：钢管混凝土：模态分析：有限元分析 中图分类号：TU398+．2；Tu311．3 文献标识码：A 文章编号：1672—7037(2008)03—0027．04 由于钢管混凝土具有优越 的力学性能和先进 构 。对圆钢管混凝土柱和钢梁采用有限应变梁单 的技术指标而得到了日益广泛地应用…，人们对钢 元(Beam189)模拟，楼板和箱型基础采用板壳单元 管混凝土各类构件在静力方面和疲劳方面的性能 (She1163)模拟瞄】，土体单元模拟软土地基对结构 都做了大量的试验研究与理论分析，但对其整体 的作用，采用弹簧一阻尼单~(Combinl4)模拟I4J， 抗震性能和动力特性方面的研究相对较少。土与 其 中钢管混凝土柱相应的组合弹性模量E。可按照 其上的结构物作为一个共 同工作的整体系统，它 统一理论通过含钢率 由文献[5】查表求得。结构计 在荷载作用下，其界面处的应力和应变有其特定的 算简图如图1所示 。 交联关系，这种交联关系即相互作用(ssD口J。近几 年来，考虑 SSI对结构动力特性的影响受到了人 们的重视，而在实际工程中的房屋桥梁等结构的 模态特性参数也确实不同程度地受到地基作用的 影响。 本文利用有限元ANSYS软件，建立 了一个圆 钢管混凝土柱一工字形钢梁．混凝土楼板和箱型基 础组成的结构体系模型和模拟刚性地基作用的相 同框架体系模型，并进行了模态参数分析比较， 为该结构体系的抗震设计与健康状态评估提供了 依据 。 图 1 箱型基础及刚性地基结构模型 1 有限元模型的确定 土弹簧的刚度确定直接影响计算结果的精度， 采用Penzien关于桥梁桩土相互作用模型弹簧刚度 利用大型有限元软件ANSYS对结构进行建模 的确定方法I6J，Penzien通过对半空间理论分析，认． 和分析，主要包括选择单元类型、相关参数确定、 为 Winkler假定是成立的，因此可依据 明德林 建立模型、划分网格、加载求解和解释结果几个 (Mindlin)公式求解单位水平力作用下不同深度 步骤。上部结构采用 1：10比例进行缩尺，结构底 处的桩平面平均位移，继而取倒数即为各土层桩土 层高 50cm，其他层高为40cm；跨度为 68cm， 相互作用的弹簧刚度 KHi计算公式如式 (1)。 底部箱基高60cm，长宽均为 90cm．结构为对称结 收稿 日期：2008—01—20 作者简介：姜绍飞 (1969一)，男，山东青岛人，教授，博士，博导，研究方向为结构健康监测，cejsf@16