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大跨空间斜拉结构的抗震反应分析与设计方法研究

任俊超  
【摘要】: 大跨空间斜拉结构是一种新型的悬索杂交结构,主要由刚性结构和柔性索组合而成。伴随着其在公共建筑中的广泛应用,此类结构的力学性能,特别是抗震性能受到关注。另外,现行的建筑抗震规范并未涉及到关于大跨结构的明文规定,制约了斜拉结构的抗震研究发展。 基于此,本文选取典型的三个斜拉工程,即郑州国际会展中心展厅钢屋盖、东海大桥桥头堡、江宁体育中心体育场看台顶蓬,系统研究了结构在多遇地震和罕遇地震下的动力响应。旨在掌握大跨空间斜拉结构的抗震性能,为抗震规范的进一步修订提供参考依据,为实际的抗震设计提出建议。 首先,采用模态分析,探讨斜拉结构的自振特性和结构参数对动力性能的影响。 其后,考虑几何非线性和预应力效应,在遭遇多遇地震的情况下,选取振型分解反应谱和弹性时程方法,进行质量参与系数的取值分析,组合方法的比较分析,反应谱参数分析。此外,分析算例在一维地震作用和多维地震作用下的动力反应,得到结构的整体变形图、轴力分布图和弯矩分布图,以及各组成部分的内力最大值、控制点的位移时程曲线。 再次,在罕遇地震下,考虑结构的几何非线形和预应力效应,考虑材料塑性,采用弹塑性时程分析,计算沿主跨方向的水平强震作用下以及竖向强震作用下的位移最值、应力最值和控制点位移时程曲线。 最后,分别比较分析算例在遭遇多遇地震时的振型分解反应谱法和弹性时程分析法、遭遇罕遇地震时的弹性时程分析和弹塑性时程分析的内力、位移和控制点位移最值; 根据上述研究,得出以下主要结论: (1)斜拉结构的动力性能复杂,高阶振型贡献不可忽略。 (2)预张力值的改变不影响结构的力学性能,而边界条件的改变影响结构的力学性能。 (3)不同抗震方法的选取均能得到斜拉结构的固有动力特性。 (4)在多遇地震作用下,斜拉结构的应力水平较低,仍处于弹性阶段。应首选弹性时程分析进行计算分析。 (5)在强震作用下,斜拉结构仍处于弹性工作阶段,未发生塑性变形。因此可不考虑材料塑性对其产生的影响。 (6)罕遇地震初期的强烈冲击导致斜拉结构产生过大的变形,且达到应力幅值,对斜拉结构的动力破坏起着重要的作用。


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