弦支筒壳结构在多点输入下的地震响应分析

将拉索与柱面网壳相结合,就可以形成新的弦支结构——弦支筒壳结构.以一实际工程为例,本文将分别采用地震波一致输入和考虑行波效应的多点输入分析方法对弦支筒壳进行地震响应分析.结果表明,地震作用下单层筒壳杆件内力和撑杆内力随时间的变化都是在某一数值上下波动,而下弦索内力随时间的变化则是波动着上升.与一致输入相比,多点输入时,单层筒壳杆件内力有些发生了方向改变,有较少一部分内力减小,大部分杆件的内力增大,且随着行波速度的减小,内力增大的杆件增多,幅度加大;一部撑杆的内力增大,也有相当一部分撑杆的内力减小,且随着行波速度的增大,二者对撑杆内力的影响趋于相同;下弦索中拉力或者增大或者趋于与一致输入时相同,且随着行波速度的增大,二者对下弦索中拉力的影响趋于相同.     

超大跨度网壳结构地震响应行波效应分析

文中以邯郸市奥体中心羽毛球馆球面型双层网壳结构为研究对象,利用大型通用有限元软件ANSYS建立三维有限元模型。进行分析时分别输入长输入周期地震波和普通地震波,对该结构进行水平地震及多维地震作用下的行波效应分析,研究了不同视波速多维地震作用下控制杆件内力以及结构位移响应变化情况。结果表明:考虑行波效应时网壳结构各类控制杆件内力响应值及较一致激励时呈不同程度的增加且随着视波速度的增加,响应值降低幅度不断减小;位移峰值响应呈现相同变化规律。     

单双层球面网壳的行波地震响应分析

本文考虑了地震波的行波效应,采用不同的视波速,对单双层球面网壳结构在行波激励下的反应分别进行了计算分析,并与在一致激励下的地震反应进行对比,考察了两者之间的差异,深入分析了大跨度单双层球面网壳结构在行波激励下的地震反应规律,得出了一些有益于工程实际的重要结论。     

航站楼复杂超长结构行波效应分析

以航站楼为背景,建立了下部为3个混凝土结构单元、上部为整体钢屋盖结构的计算模型,对复杂超长结构在地震行波激励下的响应进行了深入分析。选取了5条天然波和2条人工波,分别沿地震传播方向和垂直地震传播方向进行激励,并考虑了不同视波速的影响,分析了航站楼复杂超长结构的行波效应。结果表明:复杂超长结构存在对称和反对称的局部振型,由于局部振型质量参与系数较小,振型分解反应谱法难以准确反映结构的地震响应;与一致地震输入相比,多点地震输入分析时下部楼层地震剪力增幅较大,且地震传播方向影响显著,对称结构也需要分别考虑正、反2个地震传播方向;多点地震输入时结构的最大层间位移角、扭转位移比、框架柱和钢屋盖杆件的内力均有可能大于一致地震输入的计算结果,超载构件分布具有一定规律性;由于沿长轴方向与沿短轴方向进行激励均可能起控制作用,进行复杂超长结构多点分析时应同时考虑双向地震的作用。     

双层柱面网壳需考虑行波效应的最小平面尺寸

为了探究大跨空间结构需考虑行波效应的最小平面尺寸,采用时程分析法对不同平面尺寸双层柱面网壳进行多点输入与一致输入的对比分析,研究了一致输入下地震内力峰值不小于10 kN且行波效应系数不小于1.1的特殊杆件的分布规律。结果表明：特殊杆件主要出现在上弦纵杆中,改变结构平面尺寸会影响特殊杆件的数量和比例;当跨度达到60 m且长度达到90 m时,上弦纵杆中特殊杆件占比达到10%,继续增大结构长度会使特殊杆件比例增大,继续增加结构跨度则会使特殊杆件比例减小。可见,跨度60 m与长度90 m是需对此类结构上弦纵杆考虑行波效应的最小平面尺寸。     

双层柱面网壳需考虑行波效应的临界视波速分析

为了探究大跨空间结构需考虑行波效应的临界视波速，采用时程分析法对不同结构形式、不同几何尺寸的双层柱面网壳进行多视波速多点输入与一致输入的对比分析，研究结构间的地震响应规律。结果表明：任何视波速下的行波效应对横杆及腹杆无明显不利影响，对纵杆不利影响较大，且下弦纵杆内力普遍极小而上弦纵杆内力较大；支座间距的改变对行波效应有较小影响，而视波速对行波效应的影响与结构形式、结构几何尺寸等变量有关。可见，分析此类结构行波效应仅需针对上弦纵杆，而任一结构需考虑行波效应的临界视波速皆需单独分析。     

地震多点输入下K8单层球面网壳结构响应研究

地震动经过长距离传播到达结构场地时会存在空间变化,考虑地震动空间变化性的多点输入比一致输入更符合实际。采用时程分析法,计算不同屋面质量、不同矢跨比和不同杆件截面尺寸的90m K8单层球面网壳结构在多点输入下和一致输入下的地震响应,研究网壳结构地震空间相关性效应与结构参数的关系。分析结果表明:结构参数变化对多点输入下结构的拟静力响应和动力响应影响不同,致使地震动空间变化性对不同参数结构的影响有较大差异。通过系统的参数分析表明:轻质屋面、小矢跨比、大杆件截面尺寸网壳结构受地震空间变化影响较大。     

不同三维尺寸双层柱面网壳的行波效应影响

为了探究高通滤波的最佳截止频率及大跨空间结构三维尺寸与行波效应的关系,采用时程分析法对不同三维尺寸双层柱面网壳进行多点输入与一致输入的对比分析,研究结构间的地震响应规律.结果表明:截止频率不小于0.1Hz的高通滤波可有效消除原始地震记录的零线漂移现象,而引起结构最大地震响应的最佳截止频率各不相同;行波效应对横杆及腹杆无明显不利影响,对纵杆不利影响较大,下弦纵杆内力普遍极小而上弦纵杆内力较大;结构高度或跨度增大会减小行波效应的影响程度,但行波效应与结构高跨比无直接关系,且行波效应影响范围与结构高度有关而与跨度基本无关;结构长度增加会增大行波效应的影响程度及影响范围.可见,高通滤波的最佳截止频率在不同应用中需具体分析但不宜小于0.1Hz,分析此类结构行波效应仅需针对上弦纵杆,而行波效应对结构的影响与三维尺寸及支承方式均有关.     

超大跨网壳结构在强震作用下的复杂效应影响研究

为准确分析超大跨网壳结构的地震响应，评估结构的抗震性能，采用时程分析法，分析了地震动空间相干性和行波效应、土-结构相互作用以及材料损伤累积效应等多因素对跨度800 m超大跨网壳结构的影响。结果表明：各因素对超大跨网壳结构的抗震性能均有影响；通过对比多点输入和一致输入下结构的地震响应，发现多点输入增大了结构周边杆件的内力，结构中心位置的杆件内力有减小的趋势，这也使结构的失效从其周边位置提前开展，改变了结构的破坏模式，严重削弱了结构的抗震能力；土-结构相互作用和材料损伤累积均会不同程度地增大结构的地震响应，其中土-结构相互作用放大了结构的地震动响应，而材料损伤累积效应在地震动强度较高时结构的地震动响应显著增大。     

大跨度机库结构多点输入地震反应分析

采用时程分析法,对位于首都机场的北京A380机库和西安飞机总装厂房两个大跨度维修机库结构进行考虑行波效应的多点输入地震反应分析,并与一致输入的结果进行对比,考察多点输入以及不同视波速和不同地震波对两个机库屋盖杆件内力的影响.分析结果表明:多点输入对屋盖杆件内力的影响与结构本身的形式关系较大;行波效应大的杆件主要分布在网架中弦的长边跨中附近;不同地震波作用下,行波效应影响系数较大的杆件位置有所不同,但杆件数量分布规律基本相同.分析结果对于大跨度机库结构抗震设计考虑行波效应有指导意义.     

多维多点地震动激励下折线型输电塔线体系反应分析

本文通过数值分析研究多维多点地震对折线型输电塔线体系地震反应的影响。根据实际工程建立折线型输电塔线体系三维有限元模型,依据功率谱密度函数、折线型相干函数和《电力设施抗震设计规范》模拟多维多点地震动时程。分别研究空间变化地震动的行波效应、部分相干效应和局部场地效应对折线型输电塔线体系地震反应的影响。研究结果表明,多维多点地震动对折线型输电塔线体系地震反应影响显著;与一致激励相比,考虑多维多点地震动增大了结构的地震反应,传统的一致地震输入将会低估结构的反应。因此对于折线型输电线路实际工程的抗震设计,需要考虑多维多点地震动的影响。     

大尺度空间结构多点输入地震反应分析应用研究

GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》要求对于平面投影尺度很大的空间结构,应进行多点输入地震反应分析。在多点输入地震反应分析的主要方法中,时程分析法的应用最为广泛。在确定多点输入地震波时,主要考虑行波效应和局部场地条件效应。多点输入时程分析在有限元分析程序中的实现方法主要有两种,一是对各支座点施加强制边界条件,二是采用大质量法。据此,提出以超载单元和超载比作为多点输入对结构影响的主要评价指标,并根据多个实际工程多点输入分析的经验,给出了多点输入的一般性结论：多点输入将增加结构的扭转输入,因此对于边角构件的影响较大;多点输入降低输入的同步性,因此结构平动反应减小;在一定视波速范围内,多点输入影响随着视波速的减小逐渐增加;多点输入的影响随着楼层的增高而减小等。     

多点输入下结构地震反应的研究现状与对空间结构的见解

首先就多点输入下结构地震反应的分析方法介绍了国内外的研究现状,然后在对多点输入下大跨度桥梁结构的地震反应特征作简单综述的同时,侧重阐述了近年来在多点输入对建筑结构地震反应影响的研究中已取得的一些成果和结论.最后,对空间结构领域内考虑多点输入影响的研究问题提出了一些见解.     

考虑多种耦合效应的多维多点反应谱研究

准确计算结构在非一致性地震输入下的响应,需要考虑地震动的特性,如多维及空间相关性等;也需考虑结构响应的复杂性,如需要将地震动响应分解为动力响应及拟静力响应等。以上因素非独立,具有耦合性。为此,根据选定的地震动功率谱模型,利用虚拟激励法,推导了基于位移谱的多点多维反应谱公式,该公式可以同时考虑多种耦合效应,包括多维(含方向交叉向)、多点(含行波效应和相干性效应)地震动及动力与拟静力的耦合等多种因素。为了便于在实际工程中应用,公式根据GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》中的加速度谱选定了对应位移谱,且公式中的参数也与之相对应。同时,采用反应谱法对一个单层网壳结构在多维多点地震动输入下的反应特性进行了分析,结果表明动静耦合的影响随着视波速的增加而减小,考虑部分相干性效应的柱底面内弯矩最大值比完全相干条件下增加了10%~20%。     

留数定理在多维多点反应谱法耦合系数求解中的应用

为解决目前多维多点反应谱法研究中耦合系数积分求解繁琐的问题,基于留数定理提出了一种高效的解析求解方法。该解析求解公式不仅可以考虑行波效应,还可以同时考虑动力与拟静力的耦合、相干效应和方向交叉项等多种耦合效应。将考虑多种效应的耦合系数求解公式转化为解析的形式,不仅其计算结果等价,而且计算效率是积分法的100倍以上,进一步凸显了在多维多点求解问题中反应谱法相较于时程分析法的应用优势,并且使多维多点反应谱法应用于现行结构设计软件变为了可能。基于现行规范的模型假设,提出两种简化算法,使效率优势得到进一步提高。利用多维多点反应谱法,对某高铁站房的工程实例进行计算,并同时程分析法的结果进行对比。两种方法所得结果基本吻合,验证了反应谱法的合理性,且多维多点反应谱法的求解效率远高于多维多点时程分析法的。     

多维多点激励下某多塔连体结构地震反应分析

杭州市市民中心工程是一高位隔震大跨度多塔连体结构,6个主塔楼在高位采用隔震支座与6个大跨度钢结构连廊连接成一整体,整个连体结构外环周长达606m,故有必要进行多维多点输入地震反应分析。采用谐波叠加方法和快速傅里叶变换技术,合成了与建筑抗震设计规范(GB 50011—2001)反应谱相吻合的空间相关地震波,同时提出采用相关函数对人工模拟地震波在时域内进行检验的方法。利用模拟地震波对该工程进行多维、多点激励下的非线性时程分析,结果表明:在双向地震动作用下,考虑多点激励会使连廊杆件轴力、连廊与主塔楼间的隔震支座位移有较大增加,其中行波效应影响尤为明显,但多点激励对主塔楼内力和位移影响很小。     

Seismic design for steel trussed arch to multi-support excitations

The behavior of steel trussed arch to multi-support excitations is studied. The spatial variation of ground motion is modeled by an empirical coherency loss function. Numerical results indicate that horizontal multi-support excitations have a quite large amplification effect on the seismic responses of the trussed arch. This amplification effect cannot be ignored in the seismic design of such structures. Vertical multi-support excitations reduce the seismic responses of the trussed arch. Therefore the assumption that vertical free-field ground motions are spatially uniform is available to assure the degree of seismic safety reliability of the trussed arch. An average response spectrum method is subsequently introduced to calculate the arch response to multi-support excitations. The advantage of the method is that the linear peak seismic response of the arch to multi-support excitations can be obtained as conveniently as the conventional response spectrum method does. The good agreement of results between the time-history method and the average response spectrum method shows the validity of the latter method.     

行波激励下MR阻尼器对桥梁地震反应控制效果的研究

本文应用磁流变(MR)阻尼器对桥梁结构在行波激励下的地震反应进行控制。采用子空间模态分析法建立了适合多点不同步地震激励下桥梁振动控制分析的瞬时最优控制算法。以连续刚构桥和大跨度斜拉桥两个具体工程为例,数值仿真分析了行波激励下桥梁地震反应在多种MR控制策略下的控制效果,为MR阻尼器的工程应用提供了理论依据。