考虑行波效应的大跨度结构地震响应分析

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地震地面运动是复杂的时间—空间过程,同一次地震中结构尺度范围内不同点的地震动过程是不同的,这是因为地震波在传播过程中具有行波效应、相干效应和场地效应等。严格来说所有结构的地震反应分析均应考虑地震动空间变异性的影响。但当结构尺度较小或采用整体基础时,这种影响可能较小,常可按一致激励进行分析;随着结构尺度的不断扩大和延长型结构的兴建,地震动空间变异性的影响越来越显著。  本文首先对地震动空间变异性的有关理论进行了总结,着重介绍了变异性中行波效应的分析原理、分析方法及其对结构地震反应影响的研究现状。然后用 ANSYS软件对某大跨桥梁进行整体建模,并进行模态分析得到其自振特性,按照单点单向一致激励和多点单向行波激励进行时程分析,考虑不同波速对结构响应的影响,得到时程结果并分析。最后对某大跨网壳进行整体建模,通过模态分析得到其自振特性,按照单点单向一致激励和多点单向行波激励进行时程分析,得到时程结果并分析。结果表明,考虑行波效应对这两个结构的位移有不利影响,尤其是桥梁结构节点位移,行波激励最大值达到了一致激励时的14.73倍,网壳结点位移行波激励最大值则是一致激励时的5.41倍。考虑行波效应使这两个结构基底总剪力相比一致激励时明显减小,桥梁行波激励最大值达到了一致激励时的0.328倍,网壳则是0.125倍。行波效应对杆件的影响因结构形式和杆件位置不同而不同,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,但杆件分布规律基本相同。考虑行波效应对桥梁桥墩处的杆件应力的影响是非常不利的,桥墩处的杆件受到的影响明显大于上部斜杆,网壳的封闭端和连接处底部杆件受行波效应的影响也是不利的。这些结果对于大跨度结构抗震设计考虑行波效应有指导意义。
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