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考虑土—结构相互作用的空间网格结构地震响应分析

李海山  
【摘要】:空间网格结构重量轻、受力合理、覆盖跨度大、施工方便且结构形式多样,在工程中得到了广泛应用。为深入研究空间网格结构的抗震性能,本文考虑土-结构相互作用,对柱点支承网架结构和双层柱面网壳结构进行地震响应分析,总结土-结构相互作用对空间网格结构地震响应的影响规律,主要工作和成果如下。 (1)采用等效线性模型模拟空间网格结构-土体相互作用分析中土体材料的非线性,并对有限元程序ABAQUS进行开发,实现了土体材料的等效线性化计算方法。三维场地土地震响应分析结果表明,该等效线性化方法合理可靠。 (2)提出基于相位余弦分区的人造地震动反应谱拟合方法,解决人造地震动拟合时经幅值调整后误差无法收敛的问题;编制了与《建筑抗震设计规范》GB50011-2010设计反应谱一致的人造地震动合成程序;可有效实现误差收敛并生成可用于空间网格结构-土相互作用分析的人造地震动。 (3)建立考虑土-结构相互作用的空间网格结构三维有限元模型,分别进行基于土-结构相互作用及刚性地基假设下的动力特性分析和非线性地震响应时程分析,得到网架结构和双层柱面网壳结构的动力特性和地震响应计算结果。结果表明:与刚性地基假设下的结构自振周期和振型比较,空间网格结构考虑土-结构相互作用后动力特性明显改变,自振周期延长,柱点支承网格结构的基本振型为沿跨度方向的水平振动。当沿跨度方向输入单向地震动时,与刚性地基假设下的结构地震响应比较,考虑土-结构相互作用后网格结构位移增大;柱点支承网架结构大多杆件轴力减小,但支承柱附近杆件轴力增大;柱点支承双层柱面网壳结构杆件轴力总体减小。当输入三向地震动时,与刚性地基假设下的结构地震响应比较,考虑土-结构相互作用后柱点支承网架结构的水平位移增大,竖向位移减小;Ⅱ、Ⅲ类场地中的网架结构杆件轴力无明显变化;Ⅳ类场地中的网架结构杆件轴力减小。


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