考虑行波效应的大跨结构抗震性能分析

考虑行波效应的大跨结构抗震性能分析摘要：随着钢管桁架结构跨度的增加，考虑地震动空间效应的影响在设计中是十分必要的。

本文结合一80米跨度钢桁架工程，进行了有限元建模，分别考虑了地震动一直输入和考虑行波效应时地震动输入的结构动力响应分析，指出了不同地震动输入下结构内力的变化趋势，并对不同视波速地震动输入时的结构响应进行对比，总结了此类结构抗震设计的一些基本规律，对工程设计和应用具有一定的指导意义。

关键词：大跨度行波地震动内力1 前言随着人类社会的快速发展，人们生活所需的建筑空间越来越大，因此建筑物需要更大的跨度以及高度[1]。

与平面结构相比，大跨空间结构是解决跨度和长度需求的最具竞争力的结构类型。

近年来，随着空间结构的出现和发展壮大，世界各国都兴建了不少规模宏大的空间结构，很多建筑都跨越几十米甚至上百米的空间。

大跨空间结构的建筑数量和种类、以及其所采用的技术，已经成为衡量一个国家建筑水平的重要标志，因此，对此类结构的安全性能也提出了更高的要求。

2 大跨结构抗震分析理论研究和震害经验都表明，地震时的地面运动是复杂的多维运动[2]。

对于重要或者复杂结构，仅考虑一维地震作用是不够的，应该考虑多维地震动的联合作用。

地震动在本质上是空间变化的，由于波列传播速度的有限性和相干性的损失，以及局部场地条件的不同等都会导致各支承点的地震激励出现显著差异。

而大跨超长结构具有自由度高，频率密集，振型复杂，结构振动具有多维性等特点，同时，结构的大尺度使其受到地震动空间变化的强烈影响。

因此，对于大跨超长结构，同时考虑地震动的多维多点激励是非常有必要的。

目前国内很多学者对超长结构在非一致输入下的地震反应做了大量研究，尤其是对行波效应的影响做了大量分析。

地震反应分析方法可以分为两大类[3]：一类是确定性分析方法，它将地震时的地面运动做为一个确定的过程，主要包括反应谱法和时程分析法；一类是将地震地面运动做为随机过程，它是一种概率性分析方法，主要是指随机振动法。

考虑行波效应的某大跨桥梁地震响应分析孙黄胜;刘华;时凌云【摘要】在一致激励和非一致激励作用下分别计算了某大跨度桥梁结构的地震响应,对比分析了桥梁结构的位移反应、杆件内力和桥墩处剪力,分析了行波效应对大跨度结构反应的影响程度.同时分析了在不同行波速度下行波效应的影响程度.结果表明,当考虑地震行波效应时,桥梁结构部分节点位移反应增大;桥墩处斜撑杆件轴力增大,部分杆件内力基本不变;全部桥墩的总地震剪力减小,但各桥墩处剪力均有所增大.当考虑不同波速影响时,随着地震波速增加,节点的相对位移减小,各桥墩基底剪力和部分杆件内力减小,但均比一致激励时大.【期刊名称】《山东科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】8页(P51-58)【关键词】行波效应;模态分析;时程分析;桥梁;地震响应【作者】孙黄胜;刘华;时凌云【作者单位】山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室,山东青岛266590;山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室,山东青岛266590;青岛理工大学工程质量检测鉴定中心,山东青岛266033【正文语种】中文【中图分类】TU328大量地震记录表明，地震时地表各处的振动不同，即使相距仅几十米，振动的幅值、相位与频谱特征也不尽相同[1]。

由于地震地面运动是一复杂的时间-空间过程，地震波在其传播过程中具有的行波效应、局部场地效应和部分相干效应等使其传到地表的各点地面振动不完全相同，使结构反应变得复杂[2,3]。

随着结构跨度的增大，地震动的变异对结构的影响不可忽视。

已有研究表明:对于大跨度空间结构，地震动的行波效应影响显著[4-6]。

因此，在对大跨度空间结构进行抗震分析时应考虑地震动的行波效应。

闫晓宇等[7]通过地震模拟振动台阵试验，对一致激励、行波激励和局部场地效应等对刚构桥地震响应进行了研究，结果表明，行波效应对该大跨刚构连续桥梁的无控制地震反应、半主动控制地震反应和减震效果均有显著影响。

大跨度结构地震响应研究摘要:根据结构体型复杂、跨度大、各层结构体系不同的特点,本文结合呼和浩特东客运站通过对站房大跨度结构进行多维多点地震动响应分析,归纳行波效应下结构相应的特点,总结了行波效应对于结构动力性能的影响,为结构设计提供指导。

关键词:大跨结构多维地震多点输入根据建筑功能设计的要求,一系列形式多样、跨度规模大、体型体系复杂的结构越来越多,呼和浩特东客运站主站房结构各层结构体系不同,楼面结构为预应力梁与普通RC楼板结构,而屋盖结构为拱形钢梁和双层球网壳等结构体系的组合;结构体系和材料的不同使结构的阻尼比也不同等,给传统结构设计提出了挑战。

大跨空间结构得到了越来越多应用的同时,对其动力性能也提出了更高的要求。

由于地震波速度一般为每秒几百米至几千米,同时震源也可能不止一个点,而大跨空间结构的跨度较大,各支座间的距离较远,这样就容易导致结构各支座点的地震响应并不一致,存在着空间和时间上的差异。

因此,研究考虑地震动空间变化特性对大跨空间结构的影响具有重要的理论意义和工程应用价值。

1 工程概况呼和浩特东客运站房选址于呼和浩特市主城区东侧京包线上,该站由主站房和站台雨蓬组成,站台雨蓬与主站房之间设伸缩缝兼抗震缝分开。

站房平面尺寸大约为183.500m×315.366m,主要的柱网尺寸有:15.588m×27m、31.177m×27m、62.354×27m(屋面)。

主站房主要分为三层:地面层为出站厅、出站广场及配套设施、设备用房;结构如图1所示。

站房屋面为由切割球形形成曲面和斜面组成,屋盖不设缝。

主要标高分别为20m、21.8m、25.1m、27.8m、31.4m、33.4m和44.9m。

屋盖结构为直径81m的球面钢结构屋盖,中心有一直径12m的开口,沿屋盖径向按圆心角7.5°的间距设置腹板开洞的拱形钢梁,钢梁的上下翼缘为箱形截面,腹板为钢板。

沿环向在拱形钢梁之间布置钢管支撑(与钢梁刚接连接)且每隔圆心角60°另设置斜向支撑。

考虑行波效应的连续钢构桥地震响应分析的开题报告一、研究背景与意义：随着世界各地地震灾害频繁发生，大跨度钢桥作为重要的交通设施之一，其抗震性能的研究变得异常重要。

如何提高大跨度钢桥的抗震性能是人们研究的重点。

由于钢构桥的柔性、刚性和轻质等特性，其地震反应中行波效应的影响是不可避免的，进而导致钢桥的地震反应变得复杂多变，该问题已经引起了学术界的广泛关注。

因此，本文将选择钢构桥为研究对象，考虑行波效应，对其进行地震反应分析，旨在提高大跨度钢桥的抗震性能，从而确保公路交通系统的安全可靠性。

二、研究内容与方法：1. 研究内容（1）分析行波效应对大跨度钢结构桥地震响应的影响；（2）探讨影响行波效应的主要因素及其作用机制；（3）设计合理的地震动输入和边界条件，并开展钢桥的地震动态分析；（4）对比分析不同地震动输入情况下钢桥的地震响应，比较行波效应与非行波效应情况下钢桥地震响应的异同。

2. 研究方法（1）理论分析法：结合有限元法和动力学理论，建立大跨度钢桥的地震响应计算模型，分析路基土-桥梁系统的动力响应特性。

（2）数值模拟法：利用ANSYS等有限元软件，在考虑行波效应的情况下，对钢桥进行地震动态分析，模拟出其地震反应过程。

（3）工程实测法：通过采集地震过程中钢桥的实际反应数据，结合理论分析和数值模拟结果进行对比分析，验证研究结果的可靠性。

三、论文的结构与安排：第一章：绪论1.1 研究背景与意义1.2 国内外研究现状1.3 论文的研究目标和意义第二章：理论分析2.1 考虑行波效应的大跨度钢结构桥响应分析理论2.2 影响行波效应的主要因素及其作用机制第三章：数值模拟分析3.1 钢桥有限元模型的建立3.2 地震动输入和边界条件的设计3.3 考虑行波效应的钢桥地震动力响应分析第四章：工程实测分析4.1 实测数据分析及处理4.2 实测数据与理论分析结果的比较分析第五章：结论与展望5.1 研究结论5.2 展望未来研究工作四、预期研究成果：通过钢桥的地震动态响应分析，本文将考虑行波效应对大跨度钢桥地震响应产生的影响并探讨其作用机制，为提高大跨度钢桥的抗震性能提供重要的理论参考和技术支持。