考虑地震空间效应的大跨度空间结构抗震分析与设计方法

论文摘要

近年来,我国陆续建成了一批形式新颖、规模宏大的大跨度空间建筑。与传统建筑结构相比,大跨度空间建筑结构尺度大,地震空间效应的影响不容忽视,而现行设计规范无法考虑、难以满足抗震安全性要求,因此针对大跨度空间结构的特点,建立考虑地震空间效应的大跨度空间结构抗震设计方法,已经成为工程界和学术界迫切需要解决的关键科学问题。本文基于随机振动理论,系统研究了大跨度空间结构随机地震响应分析的相关算法、地震动场模型以及地震空间效应的影响,建立了考虑地震空间效应的大跨度空间结构抗震设计方法。主要研究工作与创新成果包括以下几个方面:（1）在原有虚拟激励算法的基础上,改进了多点激励虚拟激励算法,提高了大跨度空间结构随机地震响应分析的计算效率,使算法更便于在实际抗震设计中应用,并根据改进后的算法编制了结构随机地震响应分析程序。（2）针对现有Ritz向量叠加法的不足,建立了一种带Rayleigh商偏移的Ritz向量叠加法。分析了现有Ritz向量截断标准存在的问题,提出了相应的修正建议。引入本征正交分解法（POD法）求解统计占优的前几阶本征模态作为计算Ritz向量的地震荷载空间分布向量,将Ritz向量叠加法与虚拟激励法结合起来,提高了多点激励下大跨度空间结构随机地震响应分析的计算效率。（3）建立了相对位移谱与结构相对位移响应峰值均值之间的联系,参考《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）中地震反应谱曲线的分段表示方法,给出了地面加速度分段功率谱密度曲线。在现有随机地震动场模型的基础上,同时考虑地震动的三维平动分量和空间变化特性,建立了多维、多点输入的随机地震动场模型。（4）通过理论分析和数值模拟,研究了行波效应、部分相干效应和局部场地效应对大跨度空间结构地震响应的影响。给出了结构地震响应峰值随地面视波速变化的规律,部分相干效应随结构跨度和激励频率的变化规律以及局部场地效应对城市大跨度空间结构地震响应的影响程度,为大跨度空间结构抗震设计提供了参考依据。（5）通过理论分析和数值模拟,研究了地震空间效应影响大跨度空间结构地震响应的一般规律,提出了考虑地震空间效应的大跨度空间结构抗震设计的一般步骤及建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 大跨度空间结构地震响应分析方法
• 1.3 大跨度空间结构抗震分析研究的历史和现状
• 1.4 本文研究工作
• 第二章 多点激励下结构随机地震响应的计算方法
• 2.1 多点激励虚拟激励法
• 2.2 多点激励虚拟激励法的改进
• 2.3 结构非平稳地震峰值响应均值和方差的近似计算方法
• 2.4 带Rayleigh商偏移的Ritz向量叠加法
• 2.5 多点激励随机地震响应分析的Ritz-POD法
• 2.6 本章小结
• 第三章 随机地震动场模型
• 3.1 地震地面运动加速度功率谱密度函数
• 3.2 分段地震加速度功率谱密度曲线
• 3.3 随机地震动空间效应的描述
• 3.4 本章小结
• 第四章 行波效应的影响
• 4.1 考虑行波效应的多点随机地震动模型
• 4.2 结构地震响应随地面视波速的变化规律
• 4.3 行波效应对结构地震响应空间分布的影响
• 4.4 行波效应作用机理的物理解释
• 4.5 行波效应影响规律在实际抗震设计中的应用方法
• 4.6 本章小结
• 第五章 部分相干效应的影响
• 5.1 部分相干效应模型及其特点
• 5.2 随机地震动虚拟激励构造算法的改进
• 5.3 POD法在考虑部分相干效应虚拟激励法中的应用
• 5.4 部分相干效应对结构地震响应的影响
• 5.5 部分相干时结构峰值响应随视波速的变化规律
• 5.6 本章小结
• 第六章 局部场地效应的影响
• 6.1 局部场地效应模型
• 6.2 考虑局部场地效应结构地震响应数值模拟及分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 地震空间效应影响结构地震响应的一般规律
• 7.1 理论分析
• 7.2 同时考虑三种空间效应结构地震响应数值模拟及分析
• 7.3 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 算法上的改进
• 8.2 地震空间效应对结构地震响应的影响规律
• 8.3 对大跨度空间结构抗震设计的建议
• 8.4 研究展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢