基于竖向质量参与系数的大跨度空间结构计算模型简化

摘要

大跨度结构体系复杂且庞大，其动力性能具有竖向振型突出、频率分布密集的特点，有必要深入研究大跨度结构的竖向地震反应。目前振型迭加反应谱法普遍应用于结构的抗震分析，但是大跨度结构的竖向地震分析在应用反应谱法计算时常遇到竖向质量参与系数累积不足的问题。因此，本文将大跨度结构的竖向质量参与系数作为研究的重点。 本文总结了质量参与系数控制振型选择的理论依据，即质量参与系数是基于多高层结构底部某方向单位加速度激励下，各振型的底部该方向合反力占结构实际总体该方向底部合反力的比重提出的。而竖向质量参与系数就是在竖向地震输入条件下，判断各振型对结构整体竖直同向振动荷载模式贡献大小的方法。 对于大跨结构竖向地震反应谱分析遇到的问题，本文以单层网壳结构动力特性分析为基础，归纳出了大跨度结构振型的多个特点，主要体现为大跨结构存在大量竖向反对称的振型，竖向正对称的振型则很少且频率都较高，在动力特性分析中不易获得，导致了大跨结构的竖向质量参与系数累积速度缓慢。 本文根据竖向质量参与系数的物理意义，提出了一种适用于大跨度结构竖向地震反应分析的整体计算模型简化方法，以满足规范在振型迭加反应谱法中质量参与系数累积至少90％的要求，并保持计算结果的准确度。 本文选取了多类大跨度网壳结构算例进行竖向地震反应谱分析，以结构形式、跨度、高度和构件截面为影响因素，以简化前后单元的竖向地震内力差异比作为评判准则，验证了简化方法的适用性和有效性，并得出了网壳结构在不同影响因素下简化模型竖向地震计算结果的相关规律。 本文对一工程实例进行了反应谱分析，得出了该工程上部钢屋盖体系竖向刚度低且整体性差，存在大量局部竖向振动振型的竖向地震反应特点，且简化前后计算模型大部分构件的竖向地震内力差异比在0％～50％范围内，验证了简化方法在该实际工程中的适用性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2大跨度结构抗震分析的研究现状

1.3大跨度结构反应谱法抗震分析的研究现状

1.3.1反应谱法的基本理论及新发展

1.3.2竖向地震动及竖向抗震设计反应谱的研究现状

1.3.3大跨度结构抗震分析在运用反应谱法时遇到的问题

1.4小结

1.5本文的主要工作

第2章 竖向质量参与系数的研究

2.1引言

2.2振型迭加反应谱法的基本原理

2.3质量参与系数的定义和物理意义

2.4不同有限元程序对质量参与系数的计算方法

2.4.1单层网壳的概况

2.4.2质量参与系数

2.5大跨度结构质量参与系数

2.5.1大跨度结构质量参与系数的特点

2.5.2大跨度结构各振型对整体竖向振动的贡献

2.6小结

第3章 单层网壳计算模型简化的研究

3.1引言

3.2计算模型的简化方法

3.3网壳数值算例

3.4常规模型与简化模型的竖向质量参与系数比较

3.4.1单层球面网壳

3.4.2双层球面网壳

3.4.3柱面网壳

3.5上部结构常规模型与简化模型竖向地震内力比较

3.5.1肋环型单层球面网壳

3.5.2联方网格型单层球面网壳

3.5.3凯威特型单层球面网壳

3.5.4肋环型交叉桁架双层球面网壳

3.5.5联方型四角锥双层球面网壳

3.5.6凯威特型交叉桁架双层球面网壳

3.5.7弗普尔型单层柱面网壳

3.5.8联方网格型单层柱面网壳

3.5.9斜置正放四角锥双层柱面网壳

3.6小结

第4章 南京会展中心抗震计算模型简化的研究

4.1南京会展中心工程概况

4.2常规模型与简化模型的竖向质量参与系数比较研究

4.3常规模型与简化模型的上部结构竖向地震工况内力比较

4.4小结

第5章 结论与展望

5.1本文的工作及结论

5.1.1本文的主要研究工作

5.1.2本文的研究结论

5.2建议和展望

参考文献

致谢

个人简历 在读期间发表的学术论文与所做工程情况