大跨度悬臂桁架结构的强震失效机理及抗震性能评估研究

论文摘要

大跨度悬臂桁架结构外观简洁,形式富于多变,具有良好的受力性能和经济指标,在实际工程中应用较为普遍。虽然该结构目前已有广泛的应用,但它在强震作用下的响应规律及失效机理研究目前尚属空白。本文正是在这样的背景下,对悬臂桁架结构在强震下的失效机理进行了较为系统的研究,研究结论可为悬臂桁架在抗震区的应用提供参考。首先,本文对悬臂桁架的自振特性进行了研究。重点分析了悬臂桁架结构的振型模态特点,通过对20m、30m、40m三种跨度悬臂桁架结构的大规模参数分析,讨论了结构的自振频率随杆件截面应力比、屋面质量、高跨比和跨度等参数的变化规律。其次,研究了悬臂桁架结构的强震失效机理。本文通过对悬臂桁架结构典型算例的分析,总结了该结构在强震作用下的响应特点,根据结构的整体变形、不同屈服程度杆件的发展等多项特征响应确定了结构为动力强度失效模式。本文还分析了考虑材料损伤累积和初始几何缺陷等因素对结构的动力响应的影响。通过对大量算例计算结果的统计总结,分析了结构随几何参数或荷载参数变化的强震响应规律。最后,本文对悬臂桁架结构的抗震性能进行了评估。详细介绍了基于性能的抗震评估方法——增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis,IDA)的基本原理和具体实施步骤,阐述了IDA方法相关参数的确定原则,并利用该方法对悬臂桁架结构进行了有效的抗震性能评估,从概率的角度评价了悬臂桁架结构在未来遭遇地震时的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 相关领域的研究现状
• 1.2.1 悬臂桁架结构的研究现状
• 1.2.2 结构抗震性能评估方法的研究现状
• 1.3 课题的主要研究内容
• 第2章 悬臂桁架结构的自振特性研究
• 2.1 概述
• 2.2 结构的计算模型及分析参数
• 2.2.1 计算模型
• 2.2.2 分析参数的确定
• 2.3 悬臂桁架结构的自振特性
• 2.4 结构参数对自振特性的影响
• 2.4.1 截面应力比影响
• 2.4.2 屋面质量的影响
• 2.4.3 高跨比影响
• 2.4.4 跨度的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 悬臂桁架结构的强震失效机理
• 3.1 概述
• 3.2 研究方法及技术路线
• 3.2.1 研究方法
• 3.2.2 有限元模型的建立
• 3.2.3 参数分析方案
• 3.2.4 其他条件
• 3.3 悬臂桁架结构的典型强震失效模式
• 3.4 结构失效响应规律
• 3.4.1 考虑材料损伤累积的影响
• 3.4.2 初始缺陷的影响
• 3.4.3 不同地震动的影响
• 3.4.4 不同地震动维数的影响
• 3.4.5 不同截面应力比的影响
• 3.4.6 不同屋面质量的影响
• 3.4.7 不同高跨比的影响
• 3.4.8 不同跨度的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 悬臂桁架结构的抗震性能评估
• 4.1 概述
• 4.2 IDA 方法的基本理论
• 4.3 IDA 分析相关参数的确定
• 4.3.1 地震动记录的选择
• 4.3.2 地震动强度因子与结构性能参数的确定
• 4.3.3 IDA 方法的计算法则与结构的极限状态
• 4.3.4 曲线插值方法的选择与曲线统计
• 4.4 悬臂桁架结构的抗震性能评估
• 4.4.1 分析模型的基本信息
• 4.4.2 悬臂桁架结构的IDA 曲线分析
• 4.4.3 悬臂桁架结构的IDA 曲线统计
• 4.5 IDA 方法基于抗震性能评估的应用展望
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢