拱形钢结构的自振特性及地震响应研究

作为一种典型的推力结构，拱形钢结构的动力特性和地震响应的影响因素众多，包括矢跨比、轴线形式、拱脚条件、结构形式（单拱、上承式拱、组拼拱）等自身参数，以及地震输入方向等地震动参数。为了揭示各因素的影响规律，本文基于数值计算分析，对拱形钢结构的自振特性和地震作用下的动力响应进行了参数化研究，总结了主要参数的影响规律。首先，对于钢拱的平面内振动和空间振动的自振特性，讨论了矢跨比、轴线形式、纵梁与拱肋刚度比、横撑刚度的影响。接着，针对地震作用下的钢拱结构，考察了地震输入方向、弹性拱脚对其位移和内力的影响规律。研究表明，矢跨比对钢拱平面内振动影响显著，矢跨比较大时水平振动明显；对于钢拱的抗震计算，一般应考虑水平纵向地震的影响，矢跨比较小时也应考虑竖向地震的影响；拱肋向内倾斜形成提篮拱可显著提高空间稳定性；拱脚弹性水平支承的钢拱由于推力结构受力特点削弱，在竖向地震作用下其受力更为不利。