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高层建筑钢框架—支撑结构二阶随机反应分析

汤海波  
【摘要】:钢结构是高层建筑,特别是地震区高层建筑一种经济有效的结构类型。钢框架一支撑结构由于较好地协调了框架和支撑的受力性能,因而在高层钢结构建筑中较为常用。结构二阶分析是高层建筑分析中不可回避的问题,而作为非确定性荷载的结构分析是结构安全性和可靠性判断的必要手段。本文研究高层建筑钢框架一支撑结构的二阶随机反应分析问题。首先,在对高层建筑进行空间非线性动力反应分析时,构件在受弯、剪和扭联合作用的恢复力模型方面存在困难。同时地震动、风荷载本身具有多维性,随机性,其输入方向是难以预料的,因此,本文在对高层钢框架一支撑结构进行分析时,采用平面结构分析模型,将框架和支撑分开考虑,之间由水平链杆铰接。框架杆元的非线性力学模型较多,本文采用Giberson单分量模型,由于其假定非线性在杆件中的分布是集中在杆件端部长度为零的范围内,因而可以利用杆端的两个非线性弹簧来考虑杆件进入非线性状态。支撑单元用于动力分析的模型在国内外均无文献介绍,本文在对钢筋混凝土剪力墙分析的基础上,提出一种三元件模型,其由位于支撑杆元中轴线的弯曲弹簧、剪切弹簧和轴向弹簧分别表示钢支撑结构的弯曲变形、剪切变形和轴向变形,上述模型不但考虑了轴向力的二阶效应,同时也考虑了材料的非线性对结构的影响。其次,本文把脉动风看作具有零均值的高斯随机过程,采用Davenport沿高度不变风速谱,地震动随机模型则采用平稳过滤有色噪声模型,对非线性分析运用等价线性化方法,进行了风荷载和地震荷载作用下的二阶随机反应分析的研究,并详细讨论了基本风压、设防烈度、场地土对结构二阶反应的影响,地震过程具有明显的非平稳特性,本文采用一套完备的非平稳随机分析方法来准确地描述结构地震反应上升段、平稳段和衰减段的性质,在时域和频域内对结构二阶反应进行了深入的研究,本文所有随机参数的选取都按照现有结构设计规范和风、地震特性的实际情况,具有较大的实际意义。本文给出的算例也是以实际工程为背景,计算结果表面,进行钢框架一支撑结构二阶反应分析是必要的。


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