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文章精选 I 北京大兴国际机场航站楼大跨度钢结构C1区抗震性能模型试验研究

来源:Ailin Zhang, Xuechun Liu, Junlin Mou, et al. Model Test Research on Seismic Performance of the Long-Span Steel Structure C1 of Beijing Daxing International Airport Terminal[J]. 钢结构(中英文), 2020, 35(2):1-12.DOI:10.13206/j.gjgSE20010803

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摘 要

北京大兴国际机场航站楼的总建筑面积约80万平方米,主体结构为钢筋混凝土框架,屋盖及其支承结构为钢结构。屋盖钢结构单元最大长504m,最大跨度125m,属于超长超限大跨度建筑结构,该结构的特点是8个C形非对称截面格构柱支撑航站楼整个屋盖结构,其抗震性能需要模型试验验证。C1区屋盖结构平面形状近似呈直角三角形,东西宽248m,南北长210m,北侧网架悬挑47m,是航站楼屋盖钢结构最大的结构单元。综合考虑试验场地大小、模型制作加工难易程度、加载设备能力大小等因素,采用1:10的比例制作了缩尺模型,进行静力和拟静力试验,研究C形柱体系与上部屋盖结构组成的整体结构的静力和抗震性能。研究结果表明:在竖向荷载下结构响应的试验值与理论值吻合较好,C形柱结构的破坏形式为局部杆件的屈曲和断裂,局部破坏发生后C形柱结构的承载能力没有显著下降,变形没有显著增大,整体稳定性能良好;C1区整体结构的耗能能力比较稳定,进入弹塑性工作阶段后结构刚度衰减较快;C1区整体结构的破坏模式为广义的梁端出现塑性铰,满足“强柱弱梁”的结构设计要求;C1区整体结构可以承受超过9度的罕遇地震作用,结构具有很高的安全储备,抗震性能良好。

研究内容

对1∶10缩尺模型的北京新机场航站楼屋盖钢结构C1区结构进行静力和拟静力试验,获得C1区整体结构的试验现象及破坏模式,研究C形柱体系与上部屋盖结构组成的整体结构在竖向荷载作用下的响应和地震作用下的变形、延性、耗能等,并对其刚度退化情况及应变进行分析。利用Midas Gen对C1原结构的抗震性能进行安全评估,明确C1区整体结构的抗震安全性。

结 论

对北京大兴国际机场航站楼C1区整体结构的静力和抗震性能进行了试验研究,得出以下结论:

1)在竖向荷载作用下,结构的位移和应变试验数据与有限元模拟数据基本一致。结构在设计荷载作用下安全可靠,缩尺模型能较好地反映原结构的力学性能。

2)C形柱结构在水平往复荷载作用下,局部构件发生屈曲破坏。破坏发生后,C形柱结构的承载力和变形均未发生明显变化。C形柱结构的整体稳定性较好,这与有限元分析的结论一致。C1整体结构的破坏形式为支撑筒结构失效

3)C1整体结构滞回曲线线性特征明显,耗能能力随加载位移的增大而增大。结构的等效黏滞阻尼系数在加载过程中基本不变,结构的耗能能力比较稳定。进入弹塑性工作阶段后期,结构刚度衰减较快,结构负向刚度衰减快于正向刚度。

4)在抗震性能试验过程中,C形柱与网架结构连接处局部构件发生屈曲断裂,此时C形柱结构仍处于弹性工作状态。C1区整体结构的破坏模式是广义梁端出现塑性铰,满足“强柱弱梁”的结构设计要求。C1区整体结构的模型能够承受1530.28kN的水平荷载,且损伤不明显。通过相似比的计算可知,原结构能够承受9度以上的罕遇地震。因此,该结构具有较高的安全储备和良好的抗震性能。

全文下载链接

1.http://gjg.ic-mag.com/CN/abstract/abstract19645.shtml

2.https://navi.cnki.net/knavi/JournalDetail?pcode=CJFD&pykm=GJIG

作者简介

张爱林

北京建筑大学校长 教授

北京学者 教育部长江学者创新团队负责人

《钢结构(中英文)》 Steel Construction编委会委员

主要从事大跨度预应力钢结构、工业化装配式高层钢结构体系创新与应用方面的研究。

已培养钢结构领域博士、硕士研究生130人。获得授权发明专利90余项,发表SCI、EI论文100余篇,主编行业标准《预应力钢结构技术规程》、地方标准《装配式斜支撑节点钢框架结构技术规程》,参编国家标准《钢结构设计标准》等。

先后获得国家科技进步二等奖2次、中国土木工程詹天佑奖、中国钢协科学技术特等奖和一等奖、华夏科技进步一等奖等,被评为“科技奥运先进个人”、“北京奥运工程建设标兵”等,获俄罗斯联邦理论与应用力学委员会拉赫马图林Rakhmatulin奖章、希腊理论与应用力学学会荣誉会员。

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融媒体编辑:慕婷婷

责任编辑:乔亚玲

关于期刊

中冶建筑研究总院有限公司和中国钢结构协会联合主办、《工业建筑》杂志社有限公司编辑出版的中文科技期刊《钢结构》(Steel Construction),于1986年创刊,2019年为促进国际学术交流,并兼顾对内传播,满足国内外读者需要,经国家新闻出版署批准,期刊文种变更为中英文双语出版,同时更名为《钢结构(中英文)》(Steel Construction)/ISSN 2096-6865/CN 10-1609/TF,自2020年1月全面改版发行。

期刊报道方向包括:高性能钢材,空间钢结构,高层钢结构,预应力钢结构,钢-混凝土组合结构,轻型钢结构,住宅钢结构,桥梁钢结构,特种钢结构及装配式钢结构建筑等。今后将持续关注国际学术热点,深入思考未来发展方向,报导具有高学术水平和应用价值的科研成果。

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作者: ganggouren

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