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。     

大跨空间网架结构多点输入地震反应研究

本文进行了多点地震动输入时,大跨空间网架结构的动力有限元分析,介绍了求解动力方程的方法,并且给出了运用大型有限元软件实现的过程,通过具体算例的分析,给出了空间大跨网架结构多点地震动输入下的动力性能规律,对工程具有一定的指导意义。     

武汉火车站多点输入地震反应时程分析

武汉火车站支撑结构东西向长度为258m(屋盖长度约300m),南北向长度为476m,南北向超长。对武汉站采用时程分析法,进行了考虑行波效应的多点输入地震反应分析。对多点输入与单点输入情况下的基底总剪力、扭转效应以及重要构件内力均进行了比较,讨论了不同视波速度对分析结果的影响。针对不同类型构件,给出了考虑多点输入影响的地震作用效应调整系数,并对这些构件进行了在多点输入地震组合工况下的截面验算,计算结果表明全部构件均满足规范要求,不必要因多点输入而采取特殊的构造措施。     

大跨度结构多点激励地震反应分析现状评述

大跨度结构应该考虑地震动的多点效应,对大跨度结构多点输入抗震的研究现状进行了系统的综述和总结。首先论述大跨结构地震动的输入问题;然后论述大跨度结构考虑多点输入的抗震计算方法,包括反应谱法、时程分析法以及随机振动分析法。最后对今后应加强研究的相关问题提出了建议。     

多点地震输入下结构地震反应分析的频域精细传递矩阵法

正确的地震输入方式是研究工程结构抗震性能的首要因素。结构的地震反应分析,需要考虑多点地震输入的影响。将精细传递矩阵理论与拟静力原理相结合,建立多点地震输入下结构地震反应分析的频域精细传递矩阵法。首先,根据梁单元的几何物理关系,建立梁单元的状态传递矩阵;其次,根据傅里叶变换,建立集中质量两侧的状态传递矩阵;然后,根据转折处及分支点处的结构特点,建立转折处及分支点处的状态传递矩阵;最后,根据结构的实际特点,建立结构总的传递矩阵。在上述算法的基础上,编制了计算程序,并进行了相应的算例计算。算例计算结果表明,结构在水平方向地震力的作用下,边柱的地震反应考虑一致激励较为合理;中柱水平方向考虑一致激励较为合理,而竖直方向应考虑多点激励的不利影响。     

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.     

多点输入下大跨空间结构动力稳定性分析

大跨空间结构属于缺陷敏感性结构形式,在进行地震动输入时需要考虑时空相干性对结构动力响应的影响。为分析这类结构的动力稳定性,将随机振动方法和时程分析方法结合,将包含了场地统计规律的功率谱函数转化为时程分析方法的荷载输入,人工合成具有概率意义且考虑空间相干性的地震波,对实际工程中的大跨空间结构进行多点输入。结果表明:多点输入下的地震相干效应使结构失稳峰值加速度明显小于一致输入对应的失稳峰值,该方法适用于大跨度空间结构的动力稳定分析。     

多点输入反应谱法的理论研究

根据大跨度空间网格结构的特点,忽略拟静力反应项与动力反应项的耦合项,提出了多点输入反应谱计算的简化方法。该方法所表示的结构地震动反应主要由拟静力响应和动力响应两部分组成,其中拟静力响应是由地面各点输入位移不一致引起的;动力响应部分主要是由结构在地面加速度作用下引起的,它在形式上与传统反应谱法保持一致,但考虑了多点输入的影响。从将地震动功率谱密度函数简化为白噪声和频响函数对地震动频率的选择性两方面入手,对拟静力反应和动力反应部分的组合系数进行了研究并简化。结果表明,简化方法是可行的,它一方面减少了计算工作量,另一方面又保证了计算精度。采用多点输入时程分析法和多点输入反应谱法,计算了哈工大体育场罩篷的地震反应,计算结果证实了多点输入反应谱理论的正确性。     

大跨空间网格结构在多点输入下的弹塑性地震响应分析

采用时程分析法对大跨空间网格结构分别进行了多点和一致输入下的弹塑性地震响应分析,多点输入下的相干函数模型采用著名的R.S.H arichandran模型.对两种输入方式下的结构响应进行了对比,发现两者的塑性开展规律大体一致,但多点输入下进入塑性杆件的数量明显多于一致输入,同时塑性杆件分布更加均匀.     

FAST反射面索网支承结构多点地震输入反应分析

地震传播至结构场地时会存在空间上的变化,考虑地震空间变化性的多点输入比一致输入更符合实际。针对口径500 m的射电望远镜(FAST)反射面索网支承结构,对其进行多点输入下的地震响应研究。采用现有较优地震动模型,模拟了338个模拟点处的地震动,采用线性内插法得到了2 395个FAST支座处的地震动。借助ANSYS分析软件,对FAST反射面索网支承结构进行了地震多点输入与一致输入的时程响应计算。分析结果表明:地震空间变化性在两个水平方向和竖直方向上对FAST反射面索网支承结构均有不同程度的影响,有必要同时考虑地震三个分量的空间变化性。在三维地震输入下,受地震空间变化性的影响,主索94.08%的应力增加,应力平均增加了87.04%,下拉索43.51%的应力增加,平均增加了21.88%,三维多点输入与三维一致输入下索的最大应力分别为835.43 MPa和671.10 MPa,均小于FAST用索的抗拉强度标准值;FAST反射面索网支承结构可以抵御预期地震作用。     

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.     

基于多点地震反应合肥新桥国际机场钢结构体系比选

地震动的空间效应对大跨结构动力响应有很大影响。通过有限元软件ANSYS建立合肥新桥国际机场航站楼三种不同分区连接形式的计算模型,通过时程分析法计算三种模型在一致地震输入与多点地震输入下的响应,采用设计应力比等参数来比较三种模型响应的差别,最终得到三种方案的在多点地震输入下的响应差别以及产生差别的原因。结果表明,刚接模型对于多点地震输入更为敏感,但由于选用的比较参数不同,不能找出哪个方案最优,因此设计计算时应根据具体的结构形式进行分析,最终得到准确的分析结果。     

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。     

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。     

多点激励下桩-土-斜拉桥全模型振动台试验研究

大跨斜拉桥的自振频率和阻尼低以及空间尺度大,其地震响应受桩基础、场地土特性和地震动空间效应的影响较大。然而,由于试验条件和技术所限,目前尚缺乏相关的全模型振动台试验研究。以一座试设计主跨1400m超大跨斜拉桥为原型,设计和制作了一座几何相似比为1/70且包括上部结构、桩基础和场地土等在内的试验模型,通过振动台试验研究了多点激励对桩-土-斜拉桥全模型地震响应的影响及其规律。试验结果表明：纵向多点激励使一侧主塔的纵向位移、一侧主塔和桥墩的纵向桩-土-结构相互作用效果以及主跨一侧竖向位移增大,而另一侧减小;横向多点激励使一侧主塔的横向位移和一侧桥墩的横向桩-土-结构相互作用效果增大,另一侧减小,但使两侧主塔的横向桩-土-结构相互作用效果和主跨两侧横向位移响应均增大;桩-土-结构相互作用对斜拉桥的加速度响应产生不利影响。基于上述结果,大跨斜拉桥的抗震设计或性能评估应考虑多点激励和桩-土-结构相互作用的影响。     

基于性能的空间结构抗震设计研究现状与关键问题

基于性能的抗震设计是结构抗震设计的发展趋势。以基于性能的结构抗震设计研究内容和发展趋势为背景,从地震危险性分析、结构反应性能参数确定、结构抗震性能水平划分及性能目标确定、基于性能的抗震设计方法等四个方面对国内外基于性能的空间结构抗震设计研究现状进行了总结。依据有效性和充分性原则研究确定适合于不同类型空间结构的标量式、向量式或其它形式的地震动参数,提出了空间结构反应性能参数确定中的关键问题。空间结构抗震性能水平划分研究中需要综合考虑结构及非结构构件因素,通过数值仿真和试验相结合的研究手段确定能够合理划分其性能水平的自定义综合式标量指标、向量式指标或者两者结合的指标,空间结构性能目标确定及抗震设计方法研究应基于可靠度理论及“投资-效益”准则。参58     

竖向多点激励下输电塔线体系导(地)线及绝缘子动力响应分析

考虑地震波以有限波速传播时所引起的地震行波效应及场地相干效应,基于建立的某大跨输电塔线体系空间有限元模型,在7度竖向地震作用下,采用考虑几何非线性的动力时程分析法,研究了该体系在竖向多点地震作用下的动力时程响应特性,并和一致激励下的响应情况进行比较.结果表明:竖向地震能明显增大绝缘子的内力,但对导线内力影响不大;多点激励对导地线及绝缘子的内力响应影响都很小,基本可以忽略.     

考虑地形影响和多点激励的大跨高墩桥地震响应分析

提出一种综合考虑行波和地形影响的大跨结构在多点输入下的地震响应分析方法。首先计算P波在多种角度入射下两座山峰以及其间自由场地的时程响应,并以此作为两座山峰之间大跨桥梁的桥台及桥墩基础多支承点处的地震输入,这种地震输入综合了行波和地形的影响。然后基于多点激励下地震响应分析方法,编制有限元分析程序,在此基础上分析了考虑行波和地形综合影响下一座360m4跨高墩连续刚构桥的多点激励地震响应。从分析结果看,考虑地形效应和不考虑地形效应的差别较大,不考虑地形效应可能会较小的估计结构的内力响应。因此,大跨度结构地震响应分析应考虑地形的影响。本文分析结果可供抗震设计参考。