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设防烈度地震下双层球面网壳的动力性能分析

蔡思思  
【摘要】:对设防烈度地震下双层球面网壳的动力性能进行分析是制定网壳面向中震设计及基于性能的抗震措施的主要依据,但目前相关研究还处于空白阶段。本文对双层球面网壳在设防烈度地震下的弹塑性动力响应特点及影响因素进行了系统分析和研究,同时将基于性能的中震设计方法应用于大跨度结构,探讨通过提高有限的用钢量来避免中震下修理困难的问题。相对已有研究的主要改进有:考虑了网壳和下部结构的协同工作;网壳杆件的本构关系包含了材料非线性和几何非线性的双重影响;地震动的选取采用具有统计意义的基于规范反应谱模拟的三向地震波。论文主要研究内容和结论如下 (1)考察了满应力优化设计的双层球面网壳模型在多遇地震下的地震反应特点。研究表明,对按非抗震工况进行满应力设计的25个模型,其构件截面极少因小震验算调整。 (2)考察了双层球面网壳模型在设防烈度地震下的弹塑性响应特点。其中36m和60m中小跨度网壳较容易达到“中震不坏”的设防要求,体现出非常好的抗震性能。对于90m和120m的大跨度网壳,中震作用下网壳会出现一定数量的塑性杆件,分布区域与下部刚度有关,当下部结构刚度较弱时,塑性杆件会出现在中间圈层和临支座区域,但以前者为主。当下部结构刚度较大时,塑性杆件仅分布在中间圈层。 (3)将双层球面网壳模型按满足设防烈度地震验算进行杆件截面设计,发现即便是将双层球面网壳的杆件截面验算提高到按“中震弹性设计”也不会造成用钢量的明显增加,也可直接满足“中震可修”的抗震设防要求。 (4)考察满足设防烈度地震验算的双层球面网壳在罕遇地震作用下的弹塑性动力响应。研究表明,只有跨度较大模型在8度罕遇地震作用下才会出现较明显的塑性变形,但能够满足“大震不倒”的设防要求。跨度、烈度和下部结构对称性是影响罕遇地震作用下双层球面网壳弹塑性动力性能的最主要因素。高烈度地震作用下,下部结构的非对称性对大跨度网壳的不利影响最大。 (5)对于中小跨度网壳模型,考虑下部支承结构和不考虑下部支承结构的设计方法仅引起用钢量的细微变化,在罕遇地震作用下的动力响应差别不大,且均能满足“大震不倒”的设防目标。


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