加勁肋對單管塔結構抗震性能影響
1 .研究背景
隨著我國信息化進程加快,移動通訊基站建設數量也越來越多,因為單塔筒結構架設方便、適應性強,因此在4G、5G基站建設中此類結構形式被頻繁使用。此類單塔筒結構屬于高聳薄壁結構,其徑厚比可超過100,被稱作大徑厚比結構[1]。此類結構在地震等往復荷載作用下極易發生屈曲破壞,造成倒塌,引起局域網絡中斷。為了保證高聳結構穩定性,通常在塔筒底部設置加勁肋,對于此類結構底部加勁肋的抗震性能,規范《YD 5131-2005 移動通信塔桅設計》中只從構造角度進行了規定,并未對其耗能性能進行說明。本文選取某單塔筒式通訊信號塔為研究對象,如圖1所示。為研究加勁肋設置對于結構抗震性能的影響,選取結構底部10m范圍內的區段為研究對象,鋼材為Q345鋼。
2.有限元模型建立
為研究不同加勁肋設置形式對結構抗震性能的影響,分別建立無加勁肋結構,三角形加勁肋及梯形加勁肋結構形式,加勁肋個數為0個、4個、6個。其建立有限元模型時,筒體、法蘭及加勁肋均采用C3D8R實體單元,材料模型按照《道路橋示方書 V 耐震設計篇》給出的雙折線模型計算,鋼材彈性模量E=200GPa,屈服強度fy=345MPa,極限強度fu=490MPa,強化剛度取初始剛度的1%,有限元模型如圖2所示。
加載方式的確定
擬靜力實驗加載制度參照文獻“小野潔,藪本篤,秋山充良,大西宵平,白戸真大,西村宣男,軸圧縮力と1方向正負交番曲げを受ける スパイラル鋼管の耐震性能とその評価法[J],土木學會論文集F Vol.66 No.2,301-318,2010.6”及《建筑抗震試驗規程 JGJT101-2015》確定,其中結構屈服位移按照公式下列公式計算。
將所取區段上部重力轉化為結構上部集中軸力作用,往復荷載采用位移控制加載,結構屈服前以0.2Δy為增量進行逐級遞增加載,達到屈服后采用整數倍Δy進行循環加載,加載到15Δy結束。加載方式如圖3所示。
3.計算結果
提取不同結構頂部處反力-位移滯回曲線,如圖4所示。各結構強度均在達到屈服位移后開始出現下降,從應力云圖可以看出,強度出現下降時結構開始出現局部屈曲,其中未設置加勁肋的結構其反力值下降速度明顯高于設置加勁肋的結構,其局部屈曲位置在距離底部300~400mm處;
4.計算機硬件情況
建模及計算所用計算機硬件情況如圖5所示。
計算耗時為15min,各模型時間差別在5min以內,且計算時間隨結構破壞程度增加而增加。計算時應注意打開幾何非線性選項,根據計算可知打開幾何非線性后機構破壞情況更接近真實情況且滯回曲線有捏縮出現。
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