多点激励下圆柱面巨型网格结构的地震响应分析

论文摘要

随着空间结构向着轻质、大跨甚至超大跨度方向发展,结构的受力性能变得愈加复杂,地震作用时沿用传统的一致激励可能不太合理,需要考虑多点激励的影响,因此,大跨空间结构的多点激励地震反应特性成为当前研究的热点之一。作为一种新兴的空间网格结构,圆柱面巨型网格结构具有节约钢材、整体刚度大、适应向超大跨度发展等诸多优点,必将会应用于工程实践。本文回顾和探讨了多点激励在大跨空间结构中的应用和发展,从动力运动方程出发提出了多点激励的实现方法,利用编制好的Visual C++程序自动生成圆柱面巨型网格结构,利用大型有限元软件ANSYS采用时程分析方法对结构进行了多点激励地震响应分析,得到若干有意义的规律和结论。首先就圆柱面巨型网格结构主体结构单独承载和主结构与子结构协同承载两种承载情况进行了常遇地震下的反应分析,考察了结构在各种视波速下地震反应特性,包括不同位置关键节点位移峰值、节点位移时程反应以及不同位置关键杆件内力峰值和分布等控制性指标,并与一致地震激励下的反应进行了对比分析,明确多点激励在大跨结构地震反应中的重要性。然后,对结构在罕遇地震下的弹塑性性能进行了研究,以单独承载为研究工况,在不同地震作用下从结构位移、内力,屈服杆件数量和分布、以及应力分布等方面来跟踪整个弹塑性过程,从而了解结构在罕遇地震多点激励下影响程度。最后基于地震响应,以结构位移峰值和内力峰值为控制性指标,对结构进行一致地震激励和多点激励下的系统参数分析,了解矢跨比、高度因子、表面荷载、杆件截面面积以及结构跨度等参数对不同激励类型下结构地震反应影响。本方的研究为该类结构的的工程应用提供一定的理论依据和参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 多点激励下地震分析研究现状
• 1.2.1 随机振动分析法
• 1.2.2 时程分析法（行波法）
• 1.2.3 工程实用反应谱法
• 1.3 圆柱面巨型网格结构的提出及其研究概况
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 多点激励下大跨结构地震反应分析方法
• 2.1 地震激励类型
• 2.2 多点激励下地震动力时程分析
• 2.2.1 一致地震激励基本方程的建立
• 2.2.2 多点激励基本方程的建立
• 2.2.3 动力时程数值积分解法
• 2.3 大跨结构地震多点激励时程分析方法研究
• 2.3.1 支座大质量分析方法
• 2.3.2 支座大刚度分析方法
• 2.4 空间网格结构有限元分析方法
• 2.4.1 单元质量矩阵
• 2.4.2 单元刚度矩阵
• 2.4.3 结构阻尼矩阵
• 2.5 本章小结
• 第3章 多点激励下圆柱面巨型网格结构地震响应分析
• 3.1 引言
• 3.2 结构计算有限元模型
• 3.2.1 有限元模型
• 3.2.2 计算分析方法
• 3.2.3 大质量参数确定
• 3.2.4 大质量法实现过程
• 3.3 地震波输入
• 3.3.1 地震波的选择
• 3.3.2 地震波的传播速度及方向
• 3.3.3 不同地震波作用下的结构响应分析
• 3.4. 仅考虑横向（X向）地震分量横向行波地震响应分析
• 3.4.1 结构位移响应
• 3.4.2 结构内力响应
• 3.5 仅考虑纵向（Y向）地震分量纵向行波地震响应分析
• 3.5.1 结构位移响应
• 3.5.2 结构内力响应
• 3.6 多维多点地震反应分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 多点激励下圆柱面巨型网格结构弹塑性抗震性能分析
• 4.1 引言
• 4.2 计算模型及基本假定
• 4.2.1 有限元模型
• 4.2.2 基本假定
• 4.3 水平X向一致激励与多点激励弹塑性分析
• 4.3.1 弹塑性比较分析
• 4.3.2 位移分析
• 4.3.3 应力分析
• 4.3.4 首批屈服杆件
• 4.3.5 屈服杆件数量随时间变化
• 4.3.6 杆件应力影响率分析
• 4.4 水平Y向一致激励与多点激励弹塑性分析
• 4.4.1 位移分析
• 4.4.2 应力分析
• 4.4.3 首批屈服杆件
• 4.4.4 屈服杆件数量随时间变化
• 4.4.5 杆件应力影响率分析
• 4.5 多维多点地震弹塑性反应分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 多点激励下圆柱面巨型网格结构基于地震响应的几何参数分析
• 5.1 引言
• 5.2 参数分析方案
• 5.3 基于地震响应的结构参数分析
• 5.3.1 主体结构矢跨比的影响
• 5.3.2 主体结构桁架梁高度因子的影响
• 5.3.3 结构表面均布荷载的影响
• 5.3.4 主体结构杆件截面面积的影响
• 5.4 不同跨度圆柱面巨型网格结构的多点激励效应
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）