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复杂条件下大跨度空间柱面网壳结构的抗震研究

邸龙  
【摘要】:大跨度网壳结构在国内外的应用越来越广泛,跨度越来越大,现在还有继续增大的趋势,而我国大部分地区又处于地震区,应该考虑地震动多点输入的影响,所以对其抗震性能进行深入细致的研究有着非常重要的理论意义和工程实用价值。本文采用有限元方法,对于网壳结构在地震动多点输入和一致输入下的动力反应进行了研究,本文主要的研究工作有以下几个方面内容: 1.采用大型通用有限元程序MSC.Marc和MSC.Nastran,对单层柱面网壳结构在水平简谐行波激励下的线弹性和弹塑性动力反应机理进行了研究,研究结果表明,行波输入对网壳结构的动力反应有很大影响,甚至会远远大于一致输入下的动力反应,所以对网壳结构考虑多点输入的影响是非常必要的。 2.为了进一步了解多点地震动输入对网壳结构地震反应的影响,本文同时考虑网壳结构的材料非线性和几何非线性,对单层及双层柱面网壳结构在水平地震动一致输入与多点输入下的反应进行了计算和对比分析,并讨论了不同视波速对网壳结构地震反应的影响。 3.为了考察竖向地震动对网壳结构地震反应的影响,本文对双层柱面网壳结构在竖向地震动一致输入与行波输入下进行对比分析,并与网壳结构在水平地震动作用的反应进行比较,得到了竖向行波效应对网壳结构地震反应的影响规律。 4.目前在柱支网壳地震反应分析中,为了简化计算,常把上部的网壳结构和下部的支承体系分开考虑,这与两者整体协同工作的实际情况会有一定的差别。本文为此对支柱子系统和双层柱面网壳结构整体建模,同时考虑柱和网壳结构的非线性特性,对在水平地震动的一致输入和行波输入下的动力反应进行分析,讨论了支柱子系统对网壳结构地震反应的影响,以及多点地震动输入的影响。 5.通过使用DMAP语言,对MSC.Nastran进行了二次开发,增加了土体等效线性化非线性动力分析功能。在此基础上,在基岩面上采用地震动的一致输入和行波输入,进行了考虑土—结构相互作用影响的双层柱面网壳结构非线性地震反应分析和比较,研究了在网壳结构地震反应中考虑土—结相互作用的必要性,以及不同视波速对网壳结构地震反应的影响。 6.在等效线性化的基础上,继续采用DMAP语言,进一步考虑土体中孔隙动水压力的影响,在MSC.Nastran中实现了分时段有效应力动力分析方法。用此方法分析了砂土液化对网壳结构地震反应的影响,并与前面用总应力法计算的结果进行对比,讨论了砂土液化对结构地震反应的影响。


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