多维多点地震作用下大跨度空间结构的动力响应分析

摘要

近年来,地震频繁发生,它严重地危害着人民的生命和财产的安全。大跨度空间结构由于其跨度大,基底延伸长,在地震作用下各地面支座不同步运动,需要考虑地震激励的空间变化效应。而我国现行的《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)中的地震反应分析方法是基于一致地震输入假定的,对于大跨度结构若仍采用规范的计算方法,显然不够准确。因此研究考虑地震激励空间变化效应的大跨度空间结构的抗震分析方法非常必要。本文主要研究大跨度空间结构在多维多点激励下的地震反应分析方法。
　　大跨度空间结构受到的地震作用不仅是多维的,也是多点的,结构的受力情况十分复杂。在多点输入作用下,结构的运动方程不能简单套用一致输入下的运动方程,计算公式必须重新推导。鉴于此,本文用时-程分析法对该类结构进行了多维多点输入下的地震响应分析,并与多维一致输入下的结构响应进行对比。
　　本文主要从地震动输入、结构自身特性、结构反应分析三个方面出发,在国内外有关研究成果的基础上,以华中科技大学体育中心体育馆为工程背景,对华中科技大学体育中心体育馆考虑地震行波效应的地震反应进行以下几方面的研究:
　　1、本文对时程分析法、反应谱法、随机震动分析方法进行了总结,比较了彼此的优缺点。研究和讨论了多点激励下动力响应分析在大跨度空间结构实际工程中的应用情况;
　　2、利用有限元分析软件 ANSYS,通过适当简化,建立华中科技大学体育中心体育馆屋盖模型,并对华中科技大学体育中心体育馆屋盖进行自振特性分析;
　　3、数值模拟了华中科技大学体育中心体育馆空间结构在三维地震分量作用下,确定性地震动场一致激励和行波激励时的地震反应。计算分别以50 m/s,100 m/s,200 m/s三个视波速进行。
　　通过以上工作,得到如下结论:与地面一致输入相比,多维多点激励可使大跨度空间结构部分构件的响应发生较大的改变;行波效应随视波速的增大而减弱;结构跨度仅在一定范围内时,地震场的空间相关性变得很弱,可以以一致输入代替非一致输入而不会影响结构的安全性。因此,在对地震区大跨度空间结构进行设计分析时,需对结构进行详细的抗震分析。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 大跨度空间结构的抗震问题

1.3 大跨度空间结构地震响应研究现状

1.4 本文研究的主要内容

2 地震动特性及多点激励地震响应分析

2.1 引言

2.2 地面运动特性

2.3 大跨度空间结构地震反应分析的特点

2.4 地震波的选择及模拟

2.5 多维多点输入时-程分析法

2.6 行波效应

3 大跨度空间结构有限元分析理论

3.1 有限元理论

3.2 ANSYS软件介绍

3.3 结构的自振特性

3.4 施加地震响应加速度

3.5 APDL程序的编制

4 算例及分析

4.1 模型简介

4.2 有限元建模

4.3 大跨度空间屋盖的自振特性

4.4 时程法计算地震作用分析

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 工作展望

致谢

参考文献