多点输入下大跨空间结构抗震性能和分析方法的研究

摘要

对于大跨度空间结构，地震动空间变化的影响不容忽略，因此，多点输入问题是急需解决的课题。本文对多点输入下大跨空间结构的抗震性能和分析方法进行了重点研究，包括考虑空间相干的虚拟激励法在大跨度空间结构随机振动分析中的应用、与虚拟激励法相结合的快速多点输入反应谱法的建立及其工程实例的分析以及多点输入下大跨度空间网格结构的抗震可靠度分析等。 应用随机振动分析方法时，计算工作量是一个突出的问题，对于自由度数庞大的大跨度空间结构，该问题尤为突出。本文借助于虚拟激励法的思想，采用频域分析法分析了大跨度空间结构的地震响应。该方法所表示的结构地震动反应由拟静力响应和动力响应两部分组成，其中拟静力响应是由地面各点输入位移不一致引起的；动力响应是由结构在地面加速度作用下引起的。对四个空间网格结构和索结构的工程实例进行了分析研究，通过一致输入和多点输入下结构节点的位移响应方差及加速度功率谱，给出了考虑空间相干性的多点输入法与一致输入法之间结构响应的差异以及变化规律，探讨了拟静力项对不同结构型式的影响。 鉴于目前多点输入反应谱法计算过于繁杂的现状，本文提出了基于虚拟激励原理推导多点输入反应谱公式的思路并做了具体推导，并在此基础上对其耦合系数的快速计算方法进行了深入系统的研究：首先对频响函数进行数学变换，再根据积分的特性，将耦合系数中的积分次数由原来的i*j*k*l次(i、j为结构的振型个数；k、l为结构的支承点个数)减少到5*j*k*l次，且仍为精确解。在此基础上，利用频响函数对地震波的分量具有很强选择性的性质，将积分次数再减少到4*j*k*l次，在一定条件下其精度也令人满意。本文还用快速多点输入反应谱方法分别计算了视波速vapp=50m/s、100m/s、200m/s和500m/s四种工况下AMECO维修机库和哈工大体育场挑篷的地震反应，比较分析了多点输入反应谱法与传统反应谱法计算结果的异同以及变化规律，并且分析了结构响应的拟静力项对不同结构型式的影响，得出了与随机振动分析方法相一致的结论。 本文在快速多点输入反应谱法的基础上实现了反映同一类地震波的统计变异特性的目标，从而实现了多点输入下大跨空间网格结构的抗震可靠度分析，并且与一致输入下的抗震可靠度分析结果进行了对比，考查了两种输入方法下杆件内力可靠指标β的变化，进而分析了危险杆件在结构分布、数量等方面的差异和危险杆件随结构跨度、视波速的变化关系以及拟静力项对危险杆件的影响。这些危险杆件(部位)是结构设计中的关键部位或薄弱部位，需引起足够的重视。通过工程实例可以看出本文提出的分析方法用于多点输入下大跨度网架、网壳结构抗震性能的分析非常合适，为理论成果向实际应用搭建了桥梁。 通过用虚拟激励法和快速反应谱法对多点输入下大跨度空间结构的分析，揭示了多点输入下大跨空间结构的反应特性，并且两种方法得出的规律保持一致。将这些规律运用到结构可靠度分析中，所得结论与之也保持了很好的一致性。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章考虑空间相干的虚拟激励法在大跨度空间结构随机振动分析中的应用

第三章多点输入反应谱法

第四章多点输入大跨空间网格结构抗震可靠度分析

第五章结论与展望

参考文献

致 谢

作者在学期间发表的论文清单