大跨度格构式拱结构的地震响应研究

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空间大跨结构是现代文明重要的组成部分之一,正被日益广泛的应用于水坝、体育场馆、桥梁、核电站管线、高架铁路以及和生命线相关的许多建设中。一般结构的抗震反应分析中,往往只考虑时间变化性,而不考虑空间变化性,最具代表的是忽略了行波效应影响,对于大跨度结构如果仍采用一般的抗震计算方法,显然不能保证其局部某些地方的安全性。空间大跨度格构式拱结构在此方向的研究鲜见于文献,因此研究单榀和空间拱桁架的力学性能具有重要意义,故本文对单榀大跨度格构式拱结构在地震下考虑不同支承刚度和行波效应的响应影响进行分析研究。本文主要从地震动分析理论、行波效应原理和方法、结构自振特性和结构地震响应分析四个方面出发,在现有相关研究成果的上,以自拟大跨度格构式拱屋盖为工程背景,对该格构拱考虑不同支座弹性刚度和地震行波效应的多遇和罕遇地震响应进行研究。(1)本文参阅了国内外有关大跨度拱结构的稳定研究资料和其在动力荷载作用下的响应规律,对其进行总结和归纳;(2)简要介绍了结构在地震荷载下的分析方法、有限单元法、模态分析方法和有限元线性方程的解法,系统阐述了地震行波效应的相关理论和模拟求解方法;(3)利用3D3S软件自拟模型,再利用有限单元分析软件ANSYS建立单榀格构拱模型,并对3种支座弹性刚度下的模型进行自振特性分析;(4)运用ANSYS对格构式拱屋盖进行地震作用下考虑不同支座弹性刚度影响时的弹塑性时程分析,得出格构式拱结构上下弦端部杆件轴力和跨中竖向位移为最不利值,支座刚度减小对拱结构的内力有利对位移不利,在抗震设计中宜与下部支承结构一起分析,考虑其支承结构的刚度和他们的共同工作;(5)运用ANSYS对格构式拱屋盖进行地震作用下考虑行波效应影响时的弹塑性时程分析,得出行波效应对结构影响是显著的,其影响有利有弊,并且大部分杆件和节点位移随着波速的下降而越不利;与一致激励相比行波下结构的位移和内力响应,存在明显的滞后现象;当波速很大时,内力和位移响应与一致激励下的波形基本重合。
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