加勁肋對單管塔結(jié)構(gòu)抗震性能影響

1 .研究背景

        隨著我國信息化進(jìn)程加快,移動通訊基站建設(shè)數(shù)量也越來越多,因為單塔筒結(jié)構(gòu)架設(shè)方便、適應(yīng)性強(qiáng),因此在4G、5G基站建設(shè)中此類結(jié)構(gòu)形式被頻繁使用。此類單塔筒結(jié)構(gòu)屬于高聳薄壁結(jié)構(gòu),其徑厚比可超過100,被稱作大徑厚比結(jié)構(gòu)[1]。此類結(jié)構(gòu)在地震等往復(fù)荷載作用下極易發(fā)生屈曲破壞,造成倒塌,引起局域網(wǎng)絡(luò)中斷。為了保證高聳結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,通常在塔筒底部設(shè)置加勁肋,對于此類結(jié)構(gòu)底部加勁肋的抗震性能,規(guī)范《YD 5131-2005 移動通信塔桅設(shè)計》中只從構(gòu)造角度進(jìn)行了規(guī)定,并未對其耗能性能進(jìn)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(shè)置對于結(jié)構(gòu)抗震性能的影響,選取結(jié)構(gòu)底部10m范圍內(nèi)的區(qū)段為研究對象,鋼材為Q345鋼。

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2.有限元模型建立

為研究不同加勁肋設(shè)置形式對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響,分別建立無加勁肋結(jié)構(gòu),三角形加勁肋及梯形加勁肋結(jié)構(gòu)形式,加勁肋個數(shù)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(shè)計篇》給出的雙折線模型計算,鋼材彈性模量E=200GPa,屈服強(qiáng)度fy=345MPa,極限強(qiáng)度fu=490MPa,強(qiáng)化剛度取初始剛度的1%,有限元模型如圖2所示。

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加載方式的確定

擬靜力實驗加載制度參照文獻(xiàn)“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(fù)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(xué)會論文集F Vol.66 No.2,301-318,2010.6”及《建筑抗震試驗規(guī)程 JGJT101-2015》確定,其中結(jié)構(gòu)屈服位移按照公式下列公式計算。

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將所取區(qū)段上部重力轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)上部集中軸力作用,往復(fù)荷載采用位移控制加載,結(jié)構(gòu)屈服前以0.2Δy為增量進(jìn)行逐級遞增加載,達(dá)到屈服后采用整數(shù)倍Δy進(jìn)行循環(huán)加載,加載到15Δy結(jié)束。加載方式如圖3所示。

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3.計算結(jié)果

提取不同結(jié)構(gòu)頂部處反力-位移滯回曲線,如圖4所示。各結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均在達(dá)到屈服位移后開始出現(xiàn)下降,從應(yīng)力云圖可以看出,強(qiáng)度出現(xiàn)下降時結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)局部屈曲,其中未設(shè)置加勁肋的結(jié)構(gòu)其反力值下降速度明顯高于設(shè)置加勁肋的結(jié)構(gòu),其局部屈曲位置在距離底部300~400mm處;

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4.計算機(jī)硬件情況

建模及計算所用計算機(jī)硬件情況如圖5所示。

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計算耗時為15min,各模型時間差別在5min以內(nèi),且計算時間隨結(jié)構(gòu)破壞程度增加而增加。計算時應(yīng)注意打開幾何非線性選項,根據(jù)計算可知打開幾何非線性后機(jī)構(gòu)破壞情況更接近真實情況且滯回曲線有捏縮出現(xiàn)。

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