大跨度钢拱结构抗震性能研究

论文摘要

大跨度空间结构在正常使用时,具有本身的特点,人流量相对密集,若不能提供充分的抗震能力,地震灾害比普通建筑将要严重得多。鉴于地震预报和地震转移分散均不能很好的实现,因此工程抗震成为目前最有效、最根本的措施。本文以某大型工程为背景,借助有限元分析软件ANSYS和SAP2000,并采用不同的地震分析方法对大跨度钢拱结构进行抗震性能的研究。本文参考了国内外对大跨度钢拱结构抗震性能研究的文献,并对现今抗震性能分析的方法做了较为全面的梳理和总结,同时对不同阶段的几种代表性的抗震分析方法进行了介绍。依据合理拱轴线的概念,给出了适合本工程的合理拱轴线。并对单榀大跨度钢拱进行数值分析,得出钢拱在不同的长细比、矢跨比以及初始缺陷的情况下,钢拱的极限承载力变化情况。基于有限元理论,对整体结构进行模态分析,得到整体结构的频率分布较为均匀合理,而整体结构的基频值较小,表明结构的整体偏柔,在设计中也采纳了考虑该因素,适当地加强结构的侧向支撑。采用了振型分解反应谱法和时程分析法,对该工程进行地震响应分析。在振型分解反应谱法中重点对振型的组合方式(SRSS法和CQC法)选择做了初步的判断,同时也对竖向地震的参与作用对水平地震作用下的影响进行了研究和探讨。时程分析法中,本文重点关注了地震波的选取,对选择的三条地震波进行加速度有效峰值和有效作用时间进行修正,研究整体结构在多遇地震作用下的抗震性能,得到了整体结构的内力分布规律。并对振型分解反应谱法和时程分析法的结果进行比较,得出一些有益的结论。最后也提出了对该类结构的抗震设计具有一定参考价值的建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 大跨度空间钢结构在国内外的应用概况
• 1.2.1 国外大跨度空间钢结构运用概况
• 1.2.2 国内大跨度钢结构运用概况
• 1.3 大跨度钢拱结构抗震分析概况
• 1.4 大跨度钢拱结构抗震分析的基本理论
• 1.4.1 拱结构的基本动力特性
• 1.4.2 拱结构在水平地震作用下的地震响应分析
• 1.5 本文主要工作内容
• 2 大跨度空间结构抗震分析方法
• 2.1 静力法
• 2.2 随机振动的虚拟激励法
• 2.3 静力非线性（pushover）分析法
• 2.4 振型分解反应谱法
• 2.5 动力时程分析法
• 2.6 基于性能的抗震设计理论和方法
• 2.7 本章小结
• 3 大跨度钢拱结构合理拱轴线研究
• 3.1 引言
• 3.2 合理拱轴线的选取原则
• 3.3 合理拱轴线的提出
• 3.4 本章小结
• 4 大跨度单榀钢拱的数值分析
• 4.1 引言
• 4.2 大跨度钢拱结构平面内稳定性研究
• 4.2.1 采用梁单元模型的平面内稳定性分析
• 4.2.2 采用壳单元模型的平面内稳定性分析
• 4.3 大跨度钢拱结构平面外稳定性研究
• 4.3.1 采用梁单元模型的平面外稳定性分析
• 4.3.2 采用壳单元模型的平面外稳定性分析
• 4.4 本章小结
• 5 整体结构的地震响应分析
• 5.1 引言
• 5.2 模型的建立
• 5.2.1 SAP2000有限元软件简介
• 5.2.2 有限元模型的建立
• 5.3 整体结构模态分析
• 5.3.1 模态分析的基本原理和方法
• 5.3.2 整体结构的模态分析
• 5.4 整体结构振型分解反应谱分析
• 5.4.1 振型分解反应谱法的基本理论和方法
• 5.4.2 反应谱分析中振型数目的确定
• 5.4.3 反应谱分析中振型组合方式的确定
• 5.4.4 单拱反应谱法分析的位移和内力响应
• 5.5 整体结构动力时程分析
• 5.5.1 地震波的选取
• 5.5.2 结构的时程分析结果
• 5.5.3 反应谱分析与时程分析的计算结果比较
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢