多维多点输入下超长网架结构的地震响应特征分析.pdfVIP

第十届全国现代结构工程学术研讨会 多维多点输入下超长网架结构的 地震响应特征分析 黄湛 薛素铎 李雄彦 (北京工业大学空间结构研究中心，北京100124) 提要：为考察多维多点输入下超长网架结构的地震响应特征，采用支座大质量模型，利用时程分析法对7种长度的正放四 角锥网架结构进行了考虑行波效应的多维多点输入地震响应分析，探讨了不同地震动激励和视波速对网架杆件内力 的影响。结果表明：对于正放四角锥网架，随着结构长度的增加，非一致输入与一致输入的差异逐渐增大：当结构 长度超过200m，与一致输入相比。非一致输入时地震响应变化较大杆件的数量呈大幅增长；同时危险秆件数量的 比重随结构长度增加而增大，长度超过200m时尤为显著。因此，对长度超过200m网架结构宜采用非一致输入分析 结构的地震响应。 关键词：多点输入超长网架地震响应分析 一、引言 近年来随着铁路，航空业的迅猛发展，超长型结构广泛应用于机场航站楼、维修机库及火车站等建筑 的设计中，其屋盖长度往往超过200米，首都机场T3A航站楼南北走向两端点长度甚至达到近950mtll。 对于平面尺寸或者跨度较小的结构，分析时可以不考虑地震动传播过程中时滞效应的影响，从而采用一致 地震动输入。在现行抗震设计规范中，只有欧洲规范规定：当桥梁长度大于200米且存在地质不连续或明 显的不同地貌时，或桥梁总长度大于600米而无论地质情况如何时，均应考虑地震动的空间变化性对结构 的影响I引。混凝土结构中，对超长结构的定义为“建筑物长度超过规范规定的设置温度伸缩缝或抗震缝的 最大长度，而不用设置任何形式永久缝”13J。对于超长网架结构，必须考虑非一致输入下的地震响应特征 有待进一步研究。 本文对正放四角锥网架结构进行了考虑行波效应的地震响应分析，考察多维多点输入下视波速及地震 动激励类别对网架结构地震响应的影响，研究了非一致输入的结构界限长度问题。 二、多维多点输入下的支座大质量模型 根据地震波输入形式的不同，结构多维多点激励下的时程反应分析模型可以分成两种：位移输入模型 和加速度输入模型。其中，在位移输入模型中，通常有二种求解方法：一种是直接输入位移时程法，另一 种是大刚度法：在加速度输入模型中，也有两种求解方法：一种是相对运动法，另一种是大质量法陆51。 直接输入位移法烦琐而且效率低下，相对运动法忽略了位移变形引起的结构刚度的改变，因此在非线 性分析中的应用受到局限，同时该方法每一步需要求解三个方程，计算相对烦琐。支座大刚度法是由输入 的地震位移波来确定输入荷载大小的，而在结构地震反应分析中，采用加速度时程比较广泛，同时大质量 法应用简便、结果准确。因此本文选取支座大质量法进行多维多点输入的地震分析。 支座大质量法动力平衡方程为： 工业建筑20lO增刊 第十届全闻现代结构T程学术研讨会 [％”^彳o。。．J。甜。}——[毒C(Ib^h]{U甜h’}-r。Kg。v，j乏]{：；：}=：{M：：甜。)。2．。， 将其第二行展开，有： M^^“^+C_，蹿，+Ch^功^+K^。。，。+K肼甜^=M^^以 (2．2) 1 …6^ 基于上述原理，大质量法在处理多维多点激励问题时首先解除支承点沿地震作用方向的约束，并赋予 支承节点以大质量(附加质量可以取结构质量的106倍以上)，同时在质量单元上施加使基础产生加速度所 需的力。大质量法施加的质量必须足够大，以期结构的质量相对附加质量可以忽略不计，因此结构的加速 度可近似等于施加于基础的加速度。 应用支座大质量法进行结构多维多点输入的步骤如下： 1)采用一致激励时程反应分析的计算结果作为确定支座大质量的目标： 2)根据场地类型和地震烈度等因素，确定结构在不同支承点的地震动输入。 3)释放支承位置的地面约束，并在支承点处给定大质量，进行一致输入分析。将其结果与固定支座结 构时的一致输入结果进行比较。若误差较大，则适当调整支座大质