摘要：本文利用非線性有限元理論，對帶有約束屈曲支撐的施威德勒橢球形網殼的減震性能進行了初步研究,并通過有限元分析軟件ANSYS編程進行參數化建模和具體實例分析；模型中結構桿件選用Beam188單元，約束屈曲支撐采用Link8單元。對結構進行在罕遇地震作用下的動力響應分析，根據約束屈曲支撐的力學性能對其進行4種方式的布置，并對4種布置方式的減震效果進行對比分析，得出較為合理的支撐布置方式。
　　關鍵詞：施威德勒橢球形網殼；非線性有限元；約束屈曲支撐；減震分析
　　
　　1引言
　　施威德勒穹頂網格均勻，造型美觀，是一種常用的球面網殼形式，承載力較高，結構的跨度較大[1]，而橢球型網殼更是一種新型網殼形式。橢球形網殼由于其自身造型和結構的特點，目前已有很多實際工程應用，如上�？萍拣^、溫嶺錦屏公園大門，還有雙層橢球網殼的國家大劇院，因此對于這類網殼結構的減震方法研究和減震性能分析十分要。
　　約束屈曲支撐BRB（Buckling-RestrainBrace,BRB）[2~7]是一種消能減震支撐體系，當輸入地震荷載時，屈曲約束支撐內核受力構件在拉力和壓力作用下可達到充分屈服，具有良好的延性。文中對落地單層橢球形網殼結構利用約束屈曲支撐（BRB）的減震方法做了初步研究，提出此種結構的四種支撐布置方式。利用ANSYS有限元軟件進行具體的結構分析，并對計算結果進行統計和歸納總結，得出相對合理的約束屈曲支撐對網殼結構減震效果較好。
　　2有限元分析模型
　　有限元分析采用ANSYS程序中Beam188梁單元，Beam188在每個節點上有6或7個自由度，分別是沿x，y，z的位移及繞其的轉角，而當Keyopt(1)=1時，會添加第7個自由度（翹曲量）。本單元能很好的應用于線性分析，大偏轉，大應力的非線性分析。支撐桿件采用LINK8空間桿單元，材料的本構關系采用理想彈塑性模型，屈服準則采用VonMises屈服準則，屋面重力荷載以質量單元的形式集中在網殼節點上，質量單元采用mass21單元。
　　以下選擇了長軸為80m,短軸60m，矢跨比為1/3的橢球形網殼，桿件長度通�？刂圃�2～5m范圍內。綜合考慮結構受力特性，通過對網殼內力的初步計算。網殼普通桿件采用鋼結構，強度等級為Q235，Ex=2.1E11N/m2，λ=0.3，密度=7850kg/m3；BRBs桿件：Ex=2.1E11N/m2，λ=0.3，密度=7850kg/m3，材料的屈服強度為100Mpa。
　　3結構的減震分析
　　由于結構的長跨和短跨方向剛度不同，施加的單向地震波對結構桿件內力和位移的影響也會不一致，所以對結構分別施加X向和Y向單向水平地震波以及三向地震波，對其進行8度區罕遇地震作用動力分析，其中X向為沿著結構的長軸方向，Y向為沿著結構的短軸方向。地震波采用EI-centro波，三向地震波3個方向加速度峰值按1:0.85:0.65[8]比值輸入，持時10s，時間間隔為0.02s。
　　3.1支撐布置方式
　　施威德勒網殼的主要受力桿件為肋桿和環桿，所以為保證結構的剛度、強度和穩定性，在網殼中不宜替換肋桿和環桿，在本文中主要對結構的斜桿進行了等截面替換。根據網殼結構的受力性能和約束屈曲支撐在網殼結構中的布置原則[9]，本文采取了以下四種布置方式如圖1所示（圖中粗線為約束屈曲支撐桿件）。
　　
　　a)布置方案1b)布置方案2
　　
　　c)布置方案3d)布置方案4
　　圖2網殼內BRBs的布置圖
　　3.2節點位移分析
　　分別對結構進行水平X向、水平Y向和三向地震波作用下的時程分析，可得出原始結構和四種加支撐結構的節點位移時程，并對其對比分析。圖3分別為結構在不同地震波作用下節點位移值比較。
　　
　�。╝）X向地震波作用下結構節點位移值比較
　　
　　
　　
　　
　�。╞）Y向地震波作用下結構節點位移值比較
　　
　　（c）三向地震波作用下結構節點位移值比較
　　圖2結構節點位移值比較
　　由圖2可知，橢球形網殼在不同方向地震波作用下的節點最大位移有很大差別，而且在布置約束屈曲支撐后，所選節點的最大位移值大都比原始結構的位移值有所下降。在X向地震波作用下下降幅度最大的是布置方案2，位移降低幅度達到34%，布置方案4相對于其他三種布置方案稍差一些，但還是使網殼的節點位移有所下降。而布置方式1是約束屈曲數目最多的，但是效果卻沒有布置方案2好，這是由于布置的約束屈曲數目過多導致網殼的剛度有所降低。在Y向地震波作用下，四種約束屈曲支撐的布置方案，對所選節點的最大位移值的控制都差不多。其中下降幅度相對較大的是布置方案1和方案2，方案2的位移最大降幅達到22%，布置方案3相對于其他三種布置方案稍差一些，但還是使網殼的節點位移有所下降。在三向地震波作用下，布置方案1對降低節點最大位移值的效果是最理想的，最大降幅可達到42%，其它三種布置方案對結構節點位移也都有不同程的降低，其中布置方案4相對于其他三種布置方案略稍差一些。
　　4結論
　　1、對單層橢球形網殼進行動力分析時，水平和豎向地震作用均不能忽略，且盡可能選取多個結構振型進行分析，同時考慮橢球形網殼短向跨度對于整個結構頻率的影響。
　　2、四種支撐布置方案對單層橢球形網殼結構的節點位移和桿件應力都起到了明顯的減震效應。
　　3、四種屈曲約束支撐的布置方案在水平地震波和三向地震波作用下的減震效果并不一致，在水平地震作用下減震效果較好的布置方案在三向地震波作用下未必是最好的。
　　4、支撐的布置數量和對的結構減震效果并不成正比，合理的布置約束屈曲支撐，其對結構的減震效果才能充分發揮。
　　
　　參考文獻
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