大跨建筑结构多点输入地震响应计算与抗震设计方法研究

【摘要】：伴随着科学技术的发展和经济水平的提高,建筑结构的设计、施工技术发展迅速,国内外出现了大量跨度达到百米甚至数百米的大跨建筑结构。大跨建筑结构的支座间距很大,地震动空间效应导致不同支座处的地震动输入不一致(多点输入效应),进而导致结构地震响应与一致输入情况有较大差别。研究多点输入效应对大跨建筑结构的影响,对确保结构在地震中的安全具有重要意义。目前,对大跨建筑结构多点输入地震响应的研究仍处探索阶段,尚未建立完善的理论分析体系或设计计算方法。本文采用理论分析和数值计算等方法,对大跨建筑结构多点输入地震响应计算和抗震设计领域中的关键环节开展了较深入、系统的研究。本文主要完成了以下几方面的工作: (1)利用数值计算方法研究地震动功率谱位移特征对多点输入地震响应的影响,构造基于规范反应谱且适用于多点输入计算的实用地震动功率谱模型。 (2)通过理论公式推导,提出多点地震动时程人工合成的简化方法。由简化方法合成的多点地震动时程可用于大跨建筑结构的多点输入时程分析计算。 (3)基于理论分析,将静力修正方法引入多点输入动力方程的绝对位移求解法,提出修正绝对位移法,为多点输入动力方程提供了新的求解方法。 (4)基于理论分析,提出多点输入虚拟激励法的实用求解方法。提出在现有通用有限元计算软件中实现多点输入虚拟激励法的思路与方法,为多点输入随机地震响应分析提供简便有效的计算平台。 (5)推导简化模型多点输入地震响应功率谱解析式,研究多点输入效应对大跨结构地震响应的影响机理。根据简化模型得出的规律,提出适用于大跨建筑结构抗震设计的多点输入最不利工况的快速确定方法,指导工程设计计算。 (6)提出新的评价参数和基于抗震验算内容的综合评价方法,用于评价多点输入效应对结构响应的影响程度,为提出以传统一致输入抗震设计为基础的多点输入抗震设计简化方法提供了有效工具和思路。