带框架网格结构在多点地震输入下的动力响应

论文摘要

对大跨度空间结构进行抗震分析时，很关键的一个工作就是如何去确定地震波输入的问题。在现行的抗震规范中，除了欧洲规范考虑了地震波的空间变化效应外，其余规范都是采用一致地震波输入。显而易见，对于现今跨度越来越大的空间结构，以一致地震动输入来模拟真实的地震动就显得不合理了。因此，在对大跨度空间结构的抗震设计时，需要考虑多点地震动输入逐渐成为国内外学术界和工程界的共识。本文以长轴为120m，短轴为90m的周边二层混凝土框架柱支承的双层椭球网壳为研究对象，只考虑由于结构基础部分的结构支承点到震源距离不同，而引起各点接收到的地震波存在的相位差，即行波效应。对结构的地震反应采用时程分析法，假定地基条件一致，地震波沿地表以一定速度传播，结构各支承点处地震波波形不变，只是存在时间滞后。地震波选用EI-Centuro波（1940）的东西分量与竖向分量，假定地震波沿结构长跨方向传播，应用Ansys有限元分析软件对实际结构进行了简化模拟和模态分析，并分别在两种不同视波速和一致输入下进行了动力计算和分析。在对模型进行模态分析的基础上，利用Ansys的APDL语言编制了一致地震波输入程序和两种不同视波速的多点地震动输入程序，从而对结构进行了地震反应计算，本文分别提取上部网壳结构长轴方向与短轴方向主肋上的7个点的位移和7个单元的内力，以及下部结构框架结构一层框架的柱顶剪力与梁端弯矩，以求得到一致输入与多点输入，对这些量的不同影响和视波速的变化对这些量的影响规律。计算分析表明：模型的自振频率分布较为均匀，自振振型大多以上部结构的竖向对称或反对称的振动为主，虽然在前十阶振型中出现了扭转振动，但由于阶数较大，对结构影响相对较小。在对计算模型的动力计算结果的分析可以看到，在地震波振动方向和波传播方向一致时，行波效应的考虑使上部网壳结构相当一部分杆件节点位移和单元内力较一致输入有明显增大，并随着视波速的降低而增大，同样也使下部混凝土框架结构的节点位移与单元内力有很大程度的增大；这种趋势也随着视波速的降低而变得明显。当地震波振动方向与传播方向在水平面上垂直时，除了极少数特殊杆以外，多点输入使网壳的杆件节点与内力较一致输入有明显减小，并随着视波速的降低而降低，而使框架节点位移和单元内力有所增大，随视波速的变化却较复杂。当地震波振动方向为竖向时，即与波传播方向在竖向面上垂直时，多点输入时，一部分网壳杆件的节点位移减小，一部分增大；大部分单元内力都有所减小，随着视波速变化无明显规律性。多点输入使框架节点位移和单元内力有明显的增大，并随着视波速的减小而增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 本课题研究的背景和意义
• 1.2 本课题的研究现状
• 1.2.1 分析方法研究现状
• 1.2.2 在实际工程中的应用
• 1.3 本文研究的主要内容
• 2 多点输入的时程分析法的基本理论
• 2.1 结构自振特性的求解方法
• 2.2 多点地震动输入机理
• 2.2.1 地震波的选择和调整
• 2.2.2 多点输入的动力方程
• 2.2.3 动力方程的求解方法
• 2.3 ANSYS程序的介绍
• 2.3.1 大质量法的简介
• 2.3.2 地震波输入程序的编撰原理
• 3 结构有限元模型的建立
• 3.1 计算模型的介绍
• 3.2 结构阻尼的确定
• 3.3 ANSYS有限单元的选取
• 4 结构模态分析
• 4.1 模态分析的必要性
• 4.2 模态分析结果
• 4.2.1 结构前10阶自振频率
• 4.2.2 结构前10阶振型
• 4.2.3 模态分析结论
• 5 地震波作用下结构的动力响应分析
• 5.1 工况一——波沿X向振动时的动力响应分析
• 5.1.1 上部椭球面网壳的地震反应
• 5.1.2 下部框架结构的地震反应
• 5.2 工况二——波沿Y向振动时的动力响应分析
• 5.2.1 上部椭球面网壳的地震反应
• 5.2.2 下部框架结构的地震反应
• 5.3 工况三——波沿Z向振动时的动力响应分析
• 5.3.1 上部椭球面网壳的地震反应
• 5.3.2 下部框架结构的地震反应
• 6 结论
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文
• 作者简历
• 致谢
• 附录