行波效应下超长单层柱面网壳抗震性能分析及试验研究

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随着经济与文化建设需求的扩大和人们对建筑欣赏品味的提高,以及计算机技术的发展和设计水平的提升,更多造型优美、更大空间的网壳结构如雨后春笋般应用于体育场、会展中心、大剧院、桥梁等地标性建筑以及高架铁路、核电站、生命线工程等有关的许多重大建设项目中,这类结构如果破坏将造成巨大的生命财产损失。然而更纷繁的造型、更广大的空间意味着结构的受力也更复杂,尤其是近年来世界范围内地震灾害频发,对这类结构在地震作用下的受力性能研究也日渐受到国内外专家的重视。  地震动的空间变化本质决定了对结构进行地震作用分析时要考虑地震波的多点激励效应。而超长单层柱面网壳结构频率密集、振型复杂,且因其大尺度造成地震波在各个支座的激励具有非一致性,因此对超长单层柱面网壳进行行波效应研究是非常有必要的。  目前,限于试验设备,国内外对结构的抗震性能研究大多集中于理论数值模拟和一致地震动作用下的试验研究。而对超长结构在地震多点激励作用下的受力性能研究却很少涉及。本文首先数值模拟地震行波效应对超长单层柱面网壳受力性能的影响,找出行波效应对单层柱面网壳的响应规律,然后通过北京工业大学的九子台阵系统,模拟地震行波效应进行一单层柱面网壳模型的振动台试验。通过理论分析和试验研究,主要取得了以下几点成果:  1.综述行波效应时程分析法,并采用直接位移输入法对行波效应进行研究,论证了采用直接位移输入法可以获得较为精确的结果,同时也较容易在大型有限元软件中实现,为后文数值模拟分析提供理论依据。  2.设计并制作了一单层柱面网壳试验模型,并推导出合适的相似系数。根据研究目的确定试验方法、试验步骤以及测点布置、加载制度等内容。  3.国内首次得到超长单层柱面网壳在台阵系统下行波效应响应规律,弥补了国内超长单层柱面网壳多点地震响应研究的不足。将理论分析结果与试验结果进行对比,验证理论分析方法的正确性,为进一步开展超长结构在地震行波效应下的抗震性能研究提供依据。  4.通过对原型和模型的动力特性、加速度峰值和应力反应规律进行比较验证,本文设计的试验模型能够较好的反映实际结构的受力行为,可以用来作为理论分析计算结果的检验工具。并通过分析视波速对地震行波效应的影响,得出视波速小于500m/s时不能忽略行波效应影响的结论。
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