弦支穹顶结构预应力及动力性能理论与实验研究

以跨度 3 5 4m ,矢高 4 6m的天津保税区商务中心弦支穹顶屋盖为例 ,进行了预应力的设定分析。采用ANSYS程序进行了结构的模态分析和地震响应分析 ,得到了弦支穹顶结构体系的动力性能结果 ,并将弦支穹顶的动力性能与相应的单层网壳做了分析比较。对两种激励作用下的弦支穹顶实物进行了频率动力性能的实验研究 ,验证了理论分析结果的合理性     

弦支穹顶体系及其结构动力特性分析

弦支穹顶姑构体系是在索杆张力体系和单层网壳基础上发展起来的一种新型复合空间姑构。本文概述了弦支穹顶结构产生的背景和结构原理,采用ANsYS程序进行了姑构的模态分析和地震响应分析,得到了弦支穹顶结构体系的动力性能姑果,并将弦支穹顶结构不施加预应力的情况和预应力作用下结构的动力特性进行了对比分析．     

弦支穹顶结构多维多点地震响应分析

本文研究了弦支穹顶结构在多维多点地震动激励下的响应情况,对40m、80m和120m跨度的弦支穹顶结构进行时程分析,列出了结构在不同视波速下三向及单向输入地震波行波激励下的地震响应,并与一致激励下的地震响应进行了对比分析。结果表明,考虑结构多维多点地震响应分析时,杆件内力随视波速的增大而减小,越来越接近一致激励下的杆件应力;且对弦支穹顶结构不同位置的杆件的内力值影响有所不同,相比单维多点输入,结构在多维多点地震动激励下的响应要大得多。因而,对于大跨度弦支穹顶结构,在计算地震响应时,必须考虑多维多点的影响,而且应对可能出现的地面视波速进行全面分析。     

地震作用下弦支穹顶结构动力稳定性参数分析

弦支穹顶结构是一种新型结构体系,它综合了单层网壳结构和索穹顶结构各自的优点.为全面认识弦支穹顶结构在地震作用下的动力稳定性问题,本文以具有实际工程意义的50m跨度凯威特型弦支穹顶结构作为研究对象,系统分析了多种因素对弦支穹顶结构动力稳定性临界荷载的影响,其中包括:不同支座条件、不同矢跨比和不同杆件截面、不同拉索布置层数、不同拉索预应力值以及不同地震输入.本文成果为弦支穹顶结构的工程应用提供有价值的参考.     

地震作用下开口Kiewitt型弦支穹顶结构的动力稳定

根据弦支穹顶结构的受力特点,建立梁元、杆元和索元的混合有限元动力分析模型,提出利用动态增量法,根据B-R判别准则,提取各级地震加速度幅值下的节点最大位移作为动力响应特征参数,探讨大跨度、小矢跨比开口Kiewitt型弦支穹顶结构在地震作用下的动力稳定极限承载力的研究方法.通过改变结构参数、几何参数等诸多因素来研究其对地震作用下结构动力稳定临界值的影响.分析表明,初始缺陷会明显降低弦支穹顶结构的动力稳定临界值,矢跨比、预应力值和杆件截面对于结构的动力稳定性不呈单调变化.     

半刚性节点弦支穹顶水平地震响应分析

弦支穹顶结构是基于整体张拉思想和单层球面网壳技术的一种新型杂交空间结构体系。文中采用有限元软件ANSYS对螺栓球半刚性节点弦支穹顶结构进行了动力分析,比较了半刚性节点结构和刚性节点结构动力特性的差别,并且采用时程分析法对半刚性节点弦支穹顶结构在常遇水平地震作用下的地震响应进行了分析。分析结果表明:弦支穹顶结构频率密集,半刚性节点弦支穹顶结构频率小于刚性节点结构,节点弯曲刚度对高阶振型的影响显著;半刚性节点弦支穹顶结构杆件动内力及地震系数普遍大于刚性结构;杆件地震系数在7度常遇地震输入下基本小于10%。     

土-结构相互作用下弦支穹顶结构动力性能分析

目前对弦支穹顶结构抗震计算一般基于刚性地基假定,但由于基础周围土体并非刚性,在地震作用下会产生变形。为研究弦支穹顶结构在地震作用下考虑土结构相互作用动力响应,建立跨度为92 m的弦支穹顶结构土-结构相互作用有限元模型。基于修正S-R(Sway-Rocking)方法的土体简化模型,分析土-结构相互作用下弦支穹顶结构的自振特性及地震响应特征。研究表明:考虑土-结构相互作用后,弦支穹顶结构的自振频率明显减小;在地震作用下,弦支穹顶上部网壳结构的杆件最大压应力和节点最大位移明显增大,而撑杆最大压应力和斜拉杆及环索的最大拉应力均有所减小。     

多点激励下弦支穹顶叠合拱结构的地震响应(英文)

目前拱支结构在大跨度空间结构领域得到广泛应用.弦支穹顶叠合拱结构作为一种典型的拱支结构形式,已被山东茌平体育馆所采用,跨度达到196m.本文基于多点激励下的地震响应时程分析,研究了大跨度弦支穹顶叠合拱结构的行波效应.分析结果显示:当地震波速分别为300m/s、800m/s、1200m/s时,相应的地震行波效应系数分别为10.30、4.78、3.56,由此可见,对于大跨度弦支穹顶叠合拱而言,其行波效应较为显著,建议设计时适当考虑.     

弦支穹顶结构研究进展与工程实践

弦支穹顶结构是基于张拉整体概念并综合了单层网壳和索穹顶结构的优点后发展起来的一种预应力大跨度网格结构体系。本文在分析弦支穹顶提出的背景和力学原理的基础上,论述了国内外对弦支穹顶结构形态分析、优化设计、静动力性能、施工控制理论及其试验研究等方面的研究进展,总结了弦支穹顶相关的研究内容和研究结论。结合国内外近20项实际工程的应用,对弦支穹顶的跨度、上部网壳结构形式、下部张拉整体部分的布置、预应力施加方式、撑杆上节点和撑杆下节点等结构特性进行了分析总结,针对目前常用的预应力设计方法、节点构造、预应力张拉方案,提出了供工程应用参考的建议。指出了温度效应研究、考虑索撑节点滑移摩擦的动力反应分析、索力的测试及其补偿技术、超大跨度弦支穹顶设计理论等5项亟待解决的弦支穹顶关键课题。     

预应力对弦支穹顶结构动力稳定性的影响

采用基于B-R运动准则的改进判别方法,结合结构时程响应曲线判定弦支穹顶结构的动力稳定性,研究拉索预应力、矢跨比对弦支穹顶动力稳定性能的影响。算例分析研究表明,在动力荷载作用下存在一组最优预应力,此时结构动力稳定临界荷载较大;在不同预应力作用下,随着矢跨比增大,结构临界荷载增大;在同一预应力作用下,随着矢跨比增大,结构临界荷载增大但幅度很小。     

大跨斜拉桥非一致激励地震响应研究

以海南某拟建斜拉桥为例,计算了该桥的动力特性,分析了该结构在一致输入地震激励和非一致输入地震激励下的非线性地震响应。计算结果表明:与一致输入地震激励下的结构响应相比,在非一致输入地震激励下桥梁结构最大响应值均有不同程度的增大。考虑纵向行波效应时,结构的纵向位移以及关键部位的内力响应值增大,这些响应值将随着地震波波速的提高而减小,并逐步接近一致输入地震激励下的响应值。     

大跨度空间结构考虑行波效应的地震动随机响应分析

《建筑结构抗震设计规范》（GBS0011—2001）中所采用的地震反应分析方法没有考虑地震激励的空间变化效应,本文针对此建立了考虑地震动行波效应的大跨度空间结构地震反应分析方法,并对一五跨钢筋混凝土连续梁桥进行了行波激励下地震反应的有限元数值模拟,并与常规反应谱方法及一致地震激励的计算结果进行了比较,结果表明单独考虑地震动空间效应中的行波效应对大跨结构地震响应影响显著。     

单层球面网壳在多维地震作用下的随机响应分析

采用课题组推导的多维虚拟激励理论方法及自编计算机程序，对常用K6型单层球面网壳多维地震反应规律进行了系统研究。论文首先对功率谱计算时的参数取法进行了讨论，然后对单层球面网壳进行了大量多维与单维响应对比分析，考虑了矢跨比、荷载、跨度等主要结构参数影响，给出了主肋、环杆、斜杆在不同参数下多维与单维地震反应对比规律及数值范围。分析结果表明，网壳大量主要受力杆件三维地震内力远远大于单维地震内力，得出在网壳抗震设计中必须要进行三维地震作用分析的结论。本文结果为网壳工程设计提供了参考。     

水底液化地层大型盾构隧道地震响应分析

 建立南京长江盾构隧道主隧道、横向疏散通道及地层相互作用的三维模型，采用Byrne模型模拟地层的循环液化，对模型分别输入横向和纵向地震波，研究结构一般部位及主隧道–横向疏散通道交叉接口部位的动力力学(应力和位移)响应特征，并分析了横向和纵向地震波对地层孔隙水压及有效应力的不同影响。分析结果表明：横向激振对结构的损害远大于纵向激振，主隧道–疏散通道交叉接口部位在横向激振动力作用下拉应力峰值约3 MPa，超过结构极限抗拉强度，有拉裂破坏的趋势。最后，提出了结构的抗震措施建议，研究结论有利于类似工程抗震设计。     

考虑行波效应的大跨度结构地震反应分析

基于行波激励下大跨度结构地震反应分析的方法,对某一大跨度的连续刚构桥进行了行波激励下地震反应的数值模拟,并与一致地震激励下的计算结果进行了比较。     

2008奥运羽毛球馆新型弦支穹顶结构抗震性能试验

利用九子台阵系统完成奥运羽毛球馆弦支穹顶结构1:10大比例模型的抗震性能试验。利用人工正弦激励和环境激励两种方法测得模型的多阶自振频率、振型、阻尼比。通过振动台试验得到模型在地震动作用下的加速度、位移、应变响应及响应变化规律。试验结果表明:场馆在8度大震作用下,材料始终处于弹性阶段,结构具有良好的抗震性能。     

刚性连体位置对非对称双塔连体结构动力可靠度的影响

考虑地震动的非平稳性,变化连体位置,对非对称双塔连体结构运用虚拟激励法进行非平稳随机激励下的动力可靠度研究。采用刚度退化的 Bouc-Wen 模型模拟塔楼各楼层的滞变特性,建立非线性化动力方程。运用混合精细积分法对每一时刻的响应进行求解,得到连体位置变化时非对称连体结构在非平稳随机激励下的时变方差。基于首次超越破坏准则与 Markov 假定,研究非平稳随机地震激励下连体结构的动力可靠度。运用上述理论,在8度罕遇地震作用下对某非对称双塔连体结构进行随机地震响应与动力可靠度分析。研究结果表明,地震作用下结构的层间位移响应呈现强烈的非平稳性,变化连体位置对连体结构的随机地震响应与动力可靠度将产生显著影响。     

Shaking table model test and numerical analysis of a long‐span cantilevered structure

This paper presents an earthquake‐resistance study program of a long‐span cantilevered story building. The program consists of a shaking table test study and nonlinear seismic analysis using finite element modeling technique. A 1/30 scale model of the prototype structure was designed and manufactured and then tested via the shaking table facility. Dynamic responses of the prototype structure under different earthquake excitation loadings were simulated. Dynamic properties, acceleration, and deformation responses of the scale down model under different intensity levels of earthquake were studied. The dynamic behavior, cracking pattern, and the likely governing failure mechanism of the structure were analyzed and discussed as well. The seismic responses of the prototype building were deduced and analyzed in terms of the similitude law. Furthermore, elaborate finite element models were established, and nonlinear numerical analysis of the prototype structure was conducted. The errors in the seismic response of the structure caused by structural simplification of scale down modeling are found small, and the dynamic behavior of the structure was not altered in the earthquake excitations. This test study provides a benchmark to calibrate the finite element model and a tentative guide in seismic design of such long‐span cantilevered story buildings.     

核心筒部分悬挂结构振动台试验及分析

提出核心筒部分悬挂结构体系,该体系将框架-核心筒结构有多道抗震防线的优势与核心筒悬挂结构减震性能好的优势相结合:在地震反应相对较小的底部采用框架-核心筒结构,在地震反应相对较大的上部采用核心筒悬挂结构,并采取在悬吊结构楼板与核心筒之间设置阻尼器和设置素混凝土连接键的构造措施,实现对结构地震反应的有效控制。进行了一个8层1:10比例的核心筒部分悬挂结构模型的模拟地震振动台试验研究,分析了结构在弹性阶段、弹塑性阶段的动力特性以及该结构在不同峰值加速度的El Centro地震波作用下的地震反应,建立结构分析模型,用SAP2000程序对该结构进行了弹性和弹塑性时程地震反应分析,计算结果与试验结果吻合较好。试验及分析表明,该结构具有良好的减震性能。     

Acceleration demand of the outer‐skin curtain wall system of the Shanghai Tower

The unique complexities of the outer‐skin curtain wall (CW) system of the Shanghai Tower increase the difficulty in evaluating its seismic performance. To assess such seismic performance, it is important to understand the floor acceleration demand under expected earthquake actions. Acceleration demand of the CW system consists of floor acceleration amplification (FAA) and floor response spectrum (FRS), which are closely related to the equivalent static seismic design force and the dynamic properties of the CW system. For estimating the FAA and FRS, code spectra compatible ground motions are selected and input to a finite element model of the building structure. The floor responses of key stories are analyzed. Normalized distribution of the horizontal FAA demand is estimated and shows that the obtained values exceed those proposed by current code provisions for low‐intensity earthquake excitations. It is noted that the vertical FAA demand has a different distribution profile than the horizontal one. The results indicate that FAA demand under three‐dimensional earthquake excitation is larger than that for 1D excitation. Moreover, the prime period range is up to 4.0 s for the horizontal FRS and up to 1.0 s for the vertical FRS. Horizontal and vertical FRS is proposed for dynamic analysis of the outer‐skin CW system of the Shanghai Tower.