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大跨锥面拱壳预应力钢屋盖结构地震反应分析

关海涛  
【摘要】: 为适应大型工业建筑、交通建筑以及公共建筑对大空间日益增长的需求,各类新型空间结构获得了显著的发展。其中,预应力技术与现代空间结构接合而发展起来的预应力空间结构,是当代建筑学科中的最新成就之一。大量复杂、新型的大跨屋盖结构体系的出现,以及近期某些地震所表现出的一些新特征,使科研与设计人员越来越认识到大跨屋盖结构地震反应研究的重要性。 当屋盖位于支承体系上时,屋盖与支承体系将产生共同工作效应。对于钢屋盖支承于混凝土结构的情形,这种共同工作效应主要包括两个方面:一方面是整体结构的非经典阻尼问题;另一方面是上、下部结构的动力相互作用问题。关于屋盖与支承体系的共同工作效应,在理论研究与工程实践方面均有待于进一步的研究。并且需要建立此类屋盖结构体系的实用地震反应分析方法。 本文结合上海铁路南站主站屋钢屋盖工程,以大跨预应力锥面拱壳这种新型的屋盖结构为例,研究了钢屋盖与混凝土支承体系的共同工作效应。在广泛阅读国内外相关文献的基础上,推导了包括梁、柱、杆、索以及砌体填充墙和钢筋混凝土剪力墙等构件的势能计算公式,根据势能加权等效原则,提出了计算此类屋盖结构等效综合阻尼比的方法。并运用此方法得到大跨预应力锥面拱壳钢屋盖—混凝土支承体系的等效综合阻尼比范围在0.02~0.03。 通过谐响应分析与动力时程分析,研究了上、下部结构的动力相互作用。在支承结构楼层加速度响应研究的基础上,提出了上部屋盖地震反应分析的楼层反应谱方法。在后续的研究中,验证了该方法的可行性,并分析了目前常规的屋盖—支承体系地震反应分析方法的误差情况。分析计算结果表明,论文提出的楼层反应谱方法具有较高的精确程度。 最后,对上海铁路南站主站屋钢屋盖结构在多维地震激励下的响应进行了分析,并对拉索初始预应力的取值问题进行了研究。计算结果表明,屋盖的预应力拉索体系在多遇和罕遇地震下工作性能良好。


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