多點地震激勵下大跨空間結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析與設(shè)計方法研究.pdf

1、空間變化地震動是指在較大區(qū)域范圍內(nèi)各點振幅和相位均不相同的地震波，考慮這種地震動空間效應(yīng)可能會對大跨結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計產(chǎn)生重大影響。過去人們更多的將多點激勵抗震設(shè)計應(yīng)用在橋梁結(jié)構(gòu)中，而忽略了其對大跨空間結(jié)構(gòu)的影響。隨著工程技術(shù)的發(fā)展，大跨空間結(jié)構(gòu)的總長度越來越大，甚至可以達到數(shù)百米，抗震設(shè)計時考慮地震動空間效應(yīng)的影響已成為國內(nèi)外學術(shù)界和工程界的共識。雖然國內(nèi)眾多學者已經(jīng)針對不同類型的大跨空間結(jié)構(gòu)實際工程進行了多點激勵響應(yīng)分析研究，也認識到考慮

2、地震動空間效應(yīng)對結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的重要性，但由于實際工程往往比較特殊，即使相同類型結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)也會存在較大差異，因此很難得到普遍適用于指定類型結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計方法。因此，為了研究空間變化地震動對大跨建筑結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響機理，提出適用于特定類型結(jié)構(gòu)的多點激勵抗震設(shè)計方法，本文選取雙向?qū)ΨQ大跨空間結(jié)構(gòu)簡化模型作為研究對象，通過改變結(jié)構(gòu)及地震動參數(shù)，對結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)變化規(guī)律進行深入系統(tǒng)研究，主要完成了以下幾方面的工作:
　　(1)對多點激勵結(jié)構(gòu)

3、地震響應(yīng)分析方法進行研究:給出了適用于兩點支承結(jié)構(gòu)的簡化計算方法，并對其計算精度進行分析;對本文選用的多點虛擬激勵法進行簡單介紹，同時給出其簡化求解形式。
　　(2)研究了三種地震動空間效應(yīng)對大跨空間結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響機理:通過多點虛擬激勵法推導出結(jié)構(gòu)響應(yīng)功率譜解析表達式，提取相應(yīng)的多點激勵效應(yīng)項來分析各個地震動空間效應(yīng)對于結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響機理;選取不同工況組合來具體分析行波效應(yīng)、部分相干效應(yīng)以及局部場地效應(yīng)對結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響規(guī)律;并

4、通過計算結(jié)構(gòu)響應(yīng)極值隨行波頻率的變化來判斷結(jié)構(gòu)受影響程度。
　　(3)研究了不同支承數(shù)量以及支承形式對于多點激勵下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響規(guī)律:先以兩跨多支承結(jié)構(gòu)為例，推導相應(yīng)的多點激勵效應(yīng)項并計算結(jié)構(gòu)響應(yīng)極值，再與單跨結(jié)構(gòu)進行比較，分析支承數(shù)量增加對于結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響機理;將此方法拓展至多支承結(jié)構(gòu)，分析支承數(shù)量增加對于結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響規(guī)律;改變結(jié)構(gòu)支承形式來研究結(jié)構(gòu)總體剛度分布變化對于多點激勵下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響。
　　(4)研究了多點地震

5、激勵對大跨空間結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)響應(yīng)影響機理:同樣通過多點虛擬激勵法對結(jié)構(gòu)屋蓋的扭轉(zhuǎn)響應(yīng)功率譜解析表達式進行推導，求解出結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)響應(yīng)的極值分布規(guī)律;提出“等效扭轉(zhuǎn)偏心率”的概念，并與我國抗震設(shè)計規(guī)范給出的“偶然偏心率”進行比較來考察多點地震激勵效應(yīng)對于結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)響應(yīng)的影響程度;通過改變結(jié)構(gòu)的支承數(shù)量、支承形式、層數(shù)、扭轉(zhuǎn)周期比、柱子側(cè)向剛度及場地類型等條件來系統(tǒng)的分析結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)響應(yīng)受多點激勵效應(yīng)的影響變化規(guī)律。
　　(5)對多維多點激勵下大跨空

6、間結(jié)構(gòu)地震隨機響應(yīng)進行研究:首先通過理論推導給出多維多點虛擬激勵法的求解形式;再通過數(shù)值算例分析比較多維多點激勵與單維多點激勵下結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的異同;最后通過改變地震波的入射角度來研究其對多維多點激勵下結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)影響規(guī)律。
　　(6)提出空間變化地震動下大跨空間結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法:根據(jù)前文所研究的多點激勵下大跨空間結(jié)構(gòu)簡化模型地震響應(yīng)規(guī)律，總結(jié)出適用于此類型結(jié)構(gòu)的多點抗震設(shè)計方法。首先分別給出結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中對于行波效應(yīng)、部分相干效應(yīng)