强震下90m跨矢跨比0.2三心圆立体拱桁架结构体系动力弹塑性分析

摘要

立体钢管拱桁架作为一种新型的空间结构，以其自重轻、刚度大、抗震性能好等优点被火车站、飞机场、体育馆、会展中心等大型公共建筑广泛采用，但是立体拱桁架结构体系的研究还处于起步阶段尤其是结构体系在动力荷载作用下的非线性动力响应的研究更有待深入，因此对立体拱桁架结构体系在地震作用下的弹性及弹塑性动力响应的研究是很有必要的。
　　 本文采用有限元软件SAP2000，以90m跨矢跨比0.2钢管拱桁架结构体系为研究对象，按照现行国家规范，分别对同一矢跨比不同截面高度的结构进行设计分析，包括静力，动力及弹塑性分析，具体工作如下:
　　 (1)在跨度和矢跨比一定的前提下，分别研究四种截面高度3m、3.3m、3.6m、3.9m的模型，首先对这四个模型进行结构设计，在设计中考虑拟建地区抗震设防烈度、场地土的类别、恒荷载、活荷载、雪荷载和风荷载、材料与支承条件等因素，然后对结构的应力比、用钢量、位移进行对比分析。
　　 (2)从振型特点、质量参与系数、周期和频率等分析四种截面高度结构的自振特性，了解结构自振特性随截面高度的变化规律。
　　 (3)分别选用EMC波、HLW波、上海人工波，采用结构分析软件SAP2000对模型进行弹塑性时程分析，研究中通过逐渐增加立体拱桁架结构体系的地震加速度峰值，对结构模型最大节点的位移、杆件进入塑性的比率、杆件的塑性变形程度、结构关键杆件轴力响应的全过程进行了详细的考察，确定结构在每种地震波作用下的破坏界限加速度峰值和位移延性系数，根据结构的破坏形态，分析其失效机理。
　　 通过以上对四个模型的计算分析，得出了以下结论:
　　 1、结构在其他条件都相同只是改变截面高度的情况下，反映出来的振型特点相似，但频率值随着高度的增加而增大。
　　 2、本文研究的结构在模态分析是取结构的40阶振型进行计算，结果表明各方向振型质量参与系数均达到90％以上，因此对于立体拱桁架结构取前40阶振型进行分析是合理的。
　　 3、结构在EMC波、好莱坞波及上海人工波的作用下的位移延性系数较大，结构的具有较强的变形能力和耗能能力，结构杆件有良好的塑性发展趋势，表明结构具有良好的弹塑性性能。
　　 4、本文研究的结构体系界限破坏加速度峰值都大于400gal，满足抗震设计中大震不倒的原则。
　　 5、本文研究的结构体系的承载力在EMC波、好莱坞波及上海人工波的作用下随着截面高度的增加而逐渐增强，但是在三种地震波作用下结构的延性性能随着截面高度的增加有所减弱，而且结构的用钢量随着截面高度的增加而增加，因此在设计时要综合考虑结构的用钢量、延性性能、承载力等因素选择合理的截面高度。

目录

声明

摘要

论文说明

第一章 绪论

1．1 研究的目的和意义

1．2 立体拱桁架结构体系研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 本课题研究的主要内容

第二章 立体拱桁架结构体系动力分析理论

2．1 反应谱分析

2．2 模态分析

2．3 动力弹塑性时程分析方法

2．3．1 概述

2．3．2 动力弹塑性时程分析方法的原理

2．3．3 动力弹塑性时程分析计算方法

第三章 立体拱桁架结构体系动力特性分析

3．1 90m跨矢跨比0.2四种截面高度结构体系模型设计

3．1．1 几何模型

3．1．2 截面的选择

3．1．3 荷载计算

3．1．4 荷载组合

3．1．5 地震参数

3．1．6 材料与支承条件

3．2 设计结果

3．2．1 立体拱桁架结构体系杆件应力比

3．2．2 立体拱桁架结构体系结构用钢量分析

3．2．3 立体拱桁架结构体系位移分析

3．3 立体拱桁架模型动力特性分析

3．3．1 动力特性评定标准与评定方法

3．3．2 评定结果

3．4 本章小结

第四章 立体拱桁架结构体系弹塑性动力响应分析

4．1 塑性铰理论

4．1．1 塑性铰模型

4．1．2 塑性铰判断准则

4．1．3 选取合适的地震波

4．1．4 初始条件

4．2 弹塑性时程分析

4．2．1 模型一弹塑性时程分析

4．2．2 模型二弹塑性时程分析

4．2．3 模型三弹塑性时程分析

4．2．4 模型四弹塑性时程分析

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文