抗震分析中的多点激励问题
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TMD多点控制体系随机地震响应分析的虚拟激励法
朱以文;吴春秋
【期刊名称】《地震工程与工程振动》
【年(卷),期】2003(23)6
【摘要】对于频率分布密集或受频带较宽的地震激励的结构,其响应不再以某一单一振型为主,须考虑采用多点控制。
本文对受TMD多点控制的结构进行了研究。
文中建立了带有多个子结构系统的以模态坐标和子结构自由度为未知量的统一运动方程。
针对所得方程为非对称质量、非对称刚度、非经典阻尼的情况,本文给出了使用直接法求解的格式。
地震随机响应分析采用了虚拟激励法,可以考虑各振型之间的耦合项,计算量小且精度高。
本文的方法适用于带有多个子结构的系统的一般性问题,具有广泛的应用价值。
【总页数】5页(P174-178)
【关键词】多点控制;主结构;子结构;随机地震响应
【作者】朱以文;吴春秋
【作者单位】武汉大学土木建筑工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】P315.96
【相关文献】
1.水工建筑物随机地震响应分析的虚拟激励法 [J], 荆岫岩;林家浩
2.拱坝—地基体系的多点输入虚拟激励法及随机响应分析 [J], 陈健云;林皋
3.隔震桥梁结构随机地震响应分析的复振型虚拟激励法 [J], 贾少敏;陈华霆;王子琦;赵雷
4.广义Maxwell阻尼结构随机地震响应分析虚拟激励法 [J], 贺王涛;李创第
5.大跨度结构TMD减震系统多点激励的地震随机响应分析 [J], 吴春秋;朱以文因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
多点输入下大跨空间结构地震反应分析方法的研究随着现代建筑技术的发展,大跨空间结构在公共建筑、体育场馆、交通枢纽等领域的应用越来越广泛。
然而,这些结构在地震作用下的安全性问题也日益凸显。
因此,研究多点输入下大跨空间结构的地震反应分析方法具有重要意义。
本研究针对多点输入下大跨空间结构的地震反应问题,提出了一种基于时程分析的地震反应分析方法。
该方法考虑了多点输入下结构的动力特性和地震波的传播效应,能够更准确地预测结构在地震作用下的反应。
具体研究内容包括:1. 建立多点输入下大跨空间结构的动力模型。
通过分析结构的几何特性和材料特性,建立结构的质量、刚度和阻尼矩阵,从而得到结构的动力模型。
2. 分析多点输入下地震波的传播效应。
根据地震波的传播规律,研究地震波在不同位置的输入特性,以及地震波在结构中的传播过程。
3. 基于时程分析的地震反应分析。
利用结构的动力模型和地震波输入特性,采用时程分析方法,计算结构在地震作用下的位移、速度和加速度反应。
4. 地震反应分析结果的验证与优化。
通过对比分析实验数据和理论计算结果,验证所提出方法的准确性和可靠性,并对方法进行优化和改进。
本研究旨在为多点输入下大跨空间结构的地震反应分析提供一种有效的方法,为结构设计、施工和维护提供理论依据。
同时,本研究也有助于提高大跨空间结构在地震作用下的安全性,为我国地震工程领域的发展做出贡献。
5. 研究多点输入下大跨空间结构的非线性地震反应。
考虑结构的非线性特性,如材料非线性和几何非线性,研究结构在地震作用下的非线性反应。
6. 分析多点输入下大跨空间结构的损伤机理。
研究结构在地震作用下的损伤演化过程,分析损伤对结构整体性能的影响。
7. 探讨多点输入下大跨空间结构的抗震设计方法。
基于地震反应分析结果,研究结构的抗震设计原则和方法,提出合理的抗震措施。
8. 研究多点输入下大跨空间结构的地震风险评估。
通过分析结构的地震反应和损伤特性,评估结构在地震作用下的风险水平,为结构的安全评估提供依据。
大跨斜拉桥多维多点地震激励减震控制方法分析
全伟;李宏男
【期刊名称】《大连理工大学学报》
【年(卷),期】2010(050)004
【摘要】首先利用SIMULINK仿真工具箱建立了大跨度斜拉桥在多维多点地震激励下的半主动减震控制分析模型.然后采用拟合规范反应谱的多点人工地震动时程,研究并比较分析了一致激励以及同时考虑行波效应和部分相干效应等激励工况下,行波波速以及部分相干程度对斜拉桥减震效果的影响规律.数值结果表明:无论是有控还是无拉结构,考虑多点激励后,主粱中踌跨中出现较大竖向位移和轴力,且竖向位移随着行波波速的减小和部分相干程度的减弱呈增大的趋势;行波效应和部分相干效应总体上对减震效果的影响很小;主动和半主动控制算法控制效果接近,优于始终提供最大阻尼力的被动控制算法.
【总页数】7页(P540-546)
【作者】全伟;李宏男
【作者单位】大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁,大连,116024;铁道第三勘察设计院桥梁处,天津,300142;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁,大连,116024
【正文语种】中文
【中图分类】U441.3
【相关文献】
1.大跨度斜拉桥多维多点随机地震激励响应分析 [J], 郑史雄;张金;贾宏宇;张克跃;康锐
2.不同地震激励下大跨度独塔斜拉桥减震控制研究 [J], 丁兰;张谢东;朱伟伟
3.大跨度斜拉桥在多点随机地震激励作用下的响应分析 [J], 张翠红;吕令毅
4.大跨度钢管混凝土拱桥在多维多点地震激励作用下的平稳随机响应 [J], 赵灿晖;周志祥
5.大跨度叠合梁斜拉桥多维多点非平稳随机地震响应分析 [J], 赵雷;刘宁国
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多点激励下结构抗震可靠度分析的反应谱方法
李建华;李杰
【期刊名称】《防灾减灾工程学报》
【年(卷),期】2004(24)3
【摘要】既有的多点激励反应谱方法均只能给出结构地震峰值反应的均值,而不能给出峰值反应的标准差,从而无法进行合理的结构抗震可靠性分析。
本文首先介绍了一种多点激励下结构随机地震反应分析的简化反应谱方法,在此基础上,发展了基于多点激励反应谱理论的结构抗震可靠度计算方法。
以一两绔连续梁为例,通过Monte Carlo模拟对这一方法进行了验证。
计算结果表明,本文建议的可靠度分析方法具有良好的精度。
【总页数】5页(P242-246)
【关键词】多点激励;反应谱方法;抗震可靠度分析
【作者】李建华;李杰
【作者单位】同济大学建筑工程系
【正文语种】中文
【中图分类】P315.9
【相关文献】
1.多点激励下减震桥梁结构抗震可靠度分析的哈密顿蒙特卡洛子集模拟法 [J], 贾少敏;王子琦;陈华霆;赵雷
2.基于反应谱法的多点激励下桥梁结构抗震可靠性分析 [J], 柳春光;杜勇刚;刘鑫
3.多点激励下结构随机地震反应分析的反应谱方法 [J], 李杰;李建华
4.多点非一致激励长跨结构抗震可靠度分析 [J], 丁光莹;李杰
5.多点非一致激励下钢筋混凝土梁桥弹塑性抗震可靠度分析 [J], 张振浩;隗磊军;杨伟军
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大跨度斜拉桥多点激励的时程分析冯德梁,李远富(西南交通大学 土木工程学院,四川 成都 610031)摘要 利用大型有限元程序ANSYS ,对跨度组合为144+392+144m 的双塔双索斜拉桥进行地震动的动力响应分析,在计算过程中地震波是以加速度方式加载并考虑时间历程的影响,对结果进行分析,有利于桥梁结构的抗震设计。
关键词 斜拉桥;时间历程;地震响应0引言地震反应分析是评价大跨度结构抗震设计水平和结构安全性的一个重要方面,多点激励则是更为合理、更加符合大跨度结构实际情况的地震动输入方式。
时程分析法在一定程度上克服了反应谱法的局限性,它将连续结构物离散为多个节点、多自由度体系,各个支点自由的输入激励;既能处理线性问题又能处理非线性问题,既能处理一致激励的情况又能处理非一致情况。
随机振动法与时程分析法不同,随机振动法中无论是作为输入的地震动,还是作为输出的结构响应都是随机过程,这与实际情况相符合[1-3]。
1工程概况某斜拉桥组合为130+ 364+130m 的双塔双索斜拉桥,其支座场地类型为III 类,假想在七级地震下,地震波采用天津波。
斜拉索在主梁的边梁处每5m 布置一根,在主跨处每7m 布置一根,在主塔的每一侧设置26根斜拉索,斜拉桥为双塔双索。
其中索塔高为120m 。
其斜拉桥的部分参数如表1。
根据国家地震局标准的烈度表,基本烈度为7、8、9度时,地面运动的最大水平速度a 的值分别为0.125g ,0.25g ,0.5g 。
而实际天津波的地震记录s /cm 56.75a vmax =。
因此,计算中必须将实际地震记录的峰值折算成所需的基本烈度。
一般2/a a v =,若为七级地震,则对于天津记录乘以系数0.8114[5],天津波x 和y 方向的加速度值如图2。
图1 斜拉桥模型 图2 天津波加速度表1 材料性能用于建模的位置 EX/Pa PRXY DENS/kg.m -3主梁、索塔 2.5e10 0.20 2500 刚性鱼刺横梁、主塔连接梁1e20 0 2500 斜拉索2.0e110.2568002参数建模该结构为全对称的结构。
多点激励下大跨度斜拉桥地震反应分析
林均岐;白春旭;陈永盛;王杰
【期刊名称】《地震工程与工程振动》
【年(卷),期】2009(29)6
【摘要】大跨斜拉桥是交通运输的枢纽工程,一旦在地震中遭到破坏,将会造成巨大的直接和间接经济损失。
由于大跨斜拉桥的跨度大,在地震中地震波到达不同桥墩的时间存在差异,这会对大跨斜拉桥的地震反应产生很大影响。
因此,对大跨斜拉桥在多点输入下的反应开展研究,对进行正确有效的抗震设计,确保其抗震安全性具有非常重要的意义。
本文分析了多点激励下大跨度斜拉桥的地震反应,并与一致激励下大跨度斜拉桥的地震反应进行了对比,研究了多点激励对大跨度斜拉桥地震反应的影响。
【总页数】8页(P154-161)
【关键词】斜拉桥;地震反应;多点激励;一致激励
【作者】林均岐;白春旭;陈永盛;王杰
【作者单位】中国地震局工程力学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】P315.952.5
【相关文献】
1.大跨度斜拉桥多点激励地震反应分析 [J], 史志利;李忠献;陈平
2.大跨度斜拉桥多点激励地震反应分析 [J], 司徒文林;徐凯燕;陈丹丹
3.大跨度斜拉桥多点激励作用下结构地震响应分析 [J], 何友娣;李龙安;阮怀圣
4.大跨度斜拉桥在多点随机地震激励作用下的响应分析 [J], 张翠红;吕令毅
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多点激励下高墩大跨桥梁抗震性能分析
李正英;王泽国;牟德健
【期刊名称】《土木建筑与环境工程》
【年(卷),期】2012()S2
【摘要】基于OpenSEES平台,建立高墩大跨桥梁的弹塑性结构模型,对比分析在一致地震激励及行波输入下桥梁结构的地震反应特性,并对行波输入下高墩桥梁的破坏过程进行详细研究。
分析结果表明,地震波频谱特性及地震动输入方式对桥墩的出铰位置和破坏顺序有较大影响;高墩的破坏主要表现为弯曲破坏,单墩墩顶截面出铰或达到极限状态往往先于墩底截面,设计时应引起重视。
【总页数】4页(P181-184)
【关键词】高墩;桥梁;行波输入;抗震性能
【作者】李正英;王泽国;牟德健
【作者单位】重庆大学土木工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU
【相关文献】
1.基于多点激励的大跨径高墩连续刚构桥行波效应分析 [J], 雷敏
2.多点激励下高墩大跨刚构桥抗震性能研究 [J], 刘猛;郑儒霞;相仁凤
3.城市大跨矮墩桥梁抗震性能分析 [J], 闫鹏
4.铁路高墩大跨T构桥梁抗震性能分析 [J], 杜细春;李中辉
5.铁路高墩大跨T构桥梁抗震性能分析 [J], 杜细春;李中辉
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第43卷第8期山西建筑Vol.43No.82 0 17 年3 月SHANXI ARCHITECTURE Mar. 2017 • 23 •文章编号:1009-6825 (2017) 08-0023-03大跨超长类结构多点激励输人地震动应用研究+吴边张敏(四川建筑职业技术学院,四川德阳618000)摘要:围绕合理确定大跨、超长类结构的多点激励输入地震动这一问题,对当前在应用相干函数模型及多点地震动合成中遇到 的一些问题作了研究,分析了相干函数模型的适用性,并给出了 H-V模型和Qu模型在相干程度下的参数取值,基于Hao方法,归纳了空间地震动的人工合成方法。
关键词:多点激励,相干函数模型,地震动合成,大跨结构中图分类号:TU318.1 文献标识码:A〇引言近年来我国建成了大量的大跨,超长类结构工程,该类结构 大多建设在地震区,有的甚至是在高烈度区,结构的抗震问题突 出;而且,该类结构往往担负着重要功能,如大跨度桥梁、航站楼、输电塔线等,若出现地震后结构失效会造成不可估量的损失;因此,对大跨、超长类结构的抗震设计就显得尤为重要[1]。
由于大跨、超长类结构属于空间延展结构,结构所处区域范 围广,场地条件变化较大。
在对该类结构进行动力时程分析时,若仍采用一致地震动输人会产生较大误差,更为合理的方法是采 用能在一定程度上反映地震动的空间变化特征的多点激励地震 动输人。
当前对行波效应考虑较成熟,也有规范可循;然而在实 际工程中对相干效应和局部场地效应的考虑很少。
本文主要就 针对如何确定合理的多点激励输人地震动加以研究,并给出了一 套相应的方法,能够为大跨、超长类结构在确定输人地震动的问 题上提供参考。
1多点激励输入地震动应用现状目前对大跨、超长类结构考虑空间效应的地震响应分析方法 有修正反应谱法,随机振动分析方法,时程分析法。
由于前两类 分析方法在考虑地震动空间效应时有较大的局限性,而时程分析 方法计算原理成熟,商用有限元分析软件(如SAP2000,MIDAS 等)中可直接使用,在实际工程中应用广泛。
多维多点激励下老山自行车馆屋盖结构的地震反应分析杨志;韩庆华;周全智;刘健【摘要】采用有限元动力时程法,分析了老山自行车馆在多遇地震及罕遇地震下的反应,考虑了地震运动的多维性,并研究了地震行波效应对结构的影响.将静力等效方法应用于大跨度结构抗震设计中,把复杂的地震作用转化为结构静力荷载,为大跨度空间结构考虑行波效应时的抗震概念设计提供简单易行的方法.结果表明:地震行波对网壳边缘处的杆件影响不大,对网壳中部杆件内力影响较大,且波速越小中部杆件内力越大;行波效应对大跨度空间结构影响显著,设计时应予考虑;在类似结构初步设计中,罕遇地震静力等效系数可取2.0,多遇地震静力等效系数可取1.27.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2007(040)011【总页数】7页(P1277-1283)【关键词】大跨度空间结构;行波效应;多维地震;多点激励【作者】杨志;韩庆华;周全智;刘健【作者单位】天津大学建筑工程学院,天津,300072;天津大学建筑工程学院,天津,300072;天津谢克斯特海事工程咨询有限公司,天津,300457;天津谢克斯特海事工程咨询有限公司,天津,300457【正文语种】中文【中图分类】TU393.3;P315.96震害经验与理论研究分析表明地震时的地面运动是一种复杂的多维运动,包括3个平动分量和3个转动分量.结构在单维与多维地震作用下的反应是不同的,尤其是网壳作为一种空间结构体系,呈现明显的空间受力和变形特点,水平和竖向地震对网壳结构的反应都有较大影响,对网壳结构的地震反应分析要考虑水平和竖向地震的同时作用才符合实际情况.现行的抗震规范中,除欧洲规范考虑了地震波的空间变化性外,其余规范都是采用一致地震波输入.一致地震波输入对空间尺寸小的建筑物是可以接受的,而对于大跨度结构,若仍采用传统的计算方法,显然过于粗糙.在对以往的地震空间变化的影响研究当中,大多是以桥梁为研究对象[1—3].近年来,随着大跨度建筑物的兴起,如体育场馆等,跨度达到了几十米甚至上百米,关于大跨度结构研究的专著相继出版[4—5],地震行波效应对大跨度空间结构的影响越来越受到关注.为举办2008年北京奥运会自行车比赛而兴建的老山自行车馆采用了双层球面网壳结构.老山自行车馆位于北京市石景山区老山街,总建筑面积32 500 m2,赛道周长250 m,观众座位6 000个.该场馆建成后将是国内唯一的全天候室内木质赛道自行车馆,也是目前国内跨度最大的球面网壳结构之一,如图1所示.该网壳的覆盖平面直径为149.536 m,矢高14.69 m,矢跨比约1/10,表面积为18,240 m2,网壳支承于高度为10.35 m 的倾斜人字型钢柱上,柱顶支承跨度为133.06 m,柱脚周边直径为126.40 m.钢结构总高度为28.36 m,柱脚标高为7.15 m,网壳厚度2.8 m,为跨度的1/47.5.结构的恒荷载为1.1 kN/m2(含金属屋面檩条、马道等及下弦吊载),基本雪压为0.4 kN/m2.采用大型有限元分析软件ANSYS对老山自行车馆进行数值分析.有限元模型如图2所示.模型杆件采用link8单元,截面尺寸与设计规格相同,杆件数为8 364,节点数为2 083,在屋面节点上按节点控制面积施加荷载等效质量单元,在人字柱底部节点施加大质量.抗震设防烈度为8度,采用天津波(上下及南北向,周期0.9 s)输入,结构的重力荷载取结构自重标准值和雪荷载组合值(组合系数 0.5)之和,进行多遇地震及罕遇地震下结构的计算.对模型输入地震波时,考虑地震作用的多维性,根据双层网壳结构的对称性,忽略地震扭转效应,仅输入水平和竖向地震波.抗震规范规定:采用时程法分析结构在多遇地震作用下的反应,当抗震烈度为8度时,加速度峰值取70 cm/s2,罕遇地震加速度峰值为400 cm/s2.对模型输入天津波时,按 1(水平)∶0.65(竖向)的比例对其进行调幅,作用于结构的罕遇地震波经调幅后如图3所示.地震现象表明,纵波使结构物产生上下颠簸,横波使结构物产生水平方向摇晃,面波则使结构物产生既上下颠簸又左右摇晃的振动.由于面波的能量大于体波,所以对结构物和地表造成的破坏以面波为主.文献[5]指出:纵波波速一般为200~1,400 m/s,横波的波速一般为100~800 m/s;面波是体波经地层界面多次发射、折射形成的次生波,波速约为横波的0.9倍.文中地震波采用竖向及水平向(平行y轴振动)双向同时激励于结构,其效应类似于面波的效应,波速的范围定为100~800 m/s.具体分析时,为便于比较,分成3组:波速400 m/s,波速800 m/s,波速无穷大(即不考虑行波效应).地震波的行进方向假设沿x轴负向.采用子空间迭代法对老山自行车馆有限元模型进行模态分析,得到结构的前 20阶频率,如表 1所示.结构的前6阶振型如图4所示.多遇地震取阻尼比,罕遇地震取阻尼比,由结构的固有频率可得结构小震时瑞利阻尼系数,大震时瑞利阻尼系数.取地震作用时间10 s,为结构基本周期的11.2倍.分别取网壳与xz平面成0°(第1组)、60°(第2组)和120°(第3组)平面内的上弦杆件单元研究,第2组单元如图5所示.4.1 地面一致振动当不考虑行波效应时,假定地面一致振动,各柱脚同时受到地震激励.第2组单元中7003号单元在静力作用下的内力值为-712.3 kN,小震时最大内力值为-803 kN,比静力时提高了12.7%.其内力时程曲线如图6所示.由图7可知,边缘杆件地震内力系数较大,是因为这些杆件本身静内力较小,与地震位移系数类似,是由地震内力系数的定义造成的.忽略网壳边缘特殊杆,小震的地震内力系数有以下规律:第2组、第3组单元比第1组单元地震内力系数大,受地震影响更显著;网壳中部地震内力系数较小,1/4跨度杆件地震内力系数较大;总体来看,各杆件内力系数沿径向分布比较均匀.计算静力等效系数时,忽略边缘杆件的影响,将上弦各组杆件地震内力系数的外包络线值取平均值,得静力等效系数为1.227.4.2 行波效应的影响由图8可以看出,第1组杆件中部的杆件在一致地震时内力系数最大,1/4跨处杆件内力系数随波速减小而增大,当波速为400 m/s时其值最大;第2组、第3组杆件地震内力系数分布规律类似,在中部地震内力系数随波速减小而增大,在1/4跨地震内力系数随波速增大而增大,行波效应在中部影响最显著.就结构而言,应该在不同波速下结构都保证安全,因此,考虑行波效应计算地震内力系数时,取各组杆件在不同波速地震作用下内力系数的外包络线最大值平均得1.265.5.1 一致地面运动单元7003在罕遇地震作用下的内力时程曲线如图6所示,各组单元地震内力系数分布如图9所示.不计边缘特殊点的影响,将各组包络线取平均得到大震下不考虑行波效应时静力等效系数为1.67.表2列出了其在大震、小震的结果,在大震作用下,地震内力比静力提高了38%,地震动内力比小震时提高了2.9倍.5.2 行波效应的影响单元 7003在不同波速下的时程曲线如图 10所示,由图可以明显看出,行波效应影响显著,波速越小,杆件内力越大,具体结果见表3.由表3可知,不同波速下,杆件地震动内力变化显著,当波速为 800 m/s时,动内力系数为不考虑行波效应时的 2.1倍,当波速为400 m/s时,动内力系数为不考虑行波效应时的3.5倍,行波效应影响是相当大的.由图11~图13可以看出,第1组单元地震内力系数比其他两组小,即与地震行进方向一致的杆件受地震影响小,而与水平地震分量振动方向一致的杆件受地震影响大,说明水平地震分量对结构影响显著.为了更好的说明行波效应对网壳结构的影响,取同一波速各组单元内力系数最大值,它代表了该波速下网壳的地震反应,不同波速的数值就代表了不同波速对网壳的影响,如图14所示.由图14可以看出,并非波速越小,结构地震内力越大,行波波速对网壳不同部位影响也不相同,在网壳中部行波效应最明显,当不考虑行波效应时,地震动内力系数为 0.38,当波速为800 m/s时为0.83,当波速为400m/s时为1.55,考虑行波效应的地震动内力在波速为800 m/s、400 m/s时分别为不考虑行波效应的2.2倍、4.1倍,行波效应对大跨度空间结构的影响是不可忽略的.不计边缘点的影响,将不同波速下各组单元地震内力系数最大值取平均值得到考虑行波效应时的静力等效系数为2.地震是一种复杂的地面运动,结构在地震作用下的反应也很复杂,在结构设计时采取一种比较简便易行的方法来考虑地震的影响是十分有意义的,本文提出采用静力等效的办法,得到了计及行波效应影响的静力等效系数.经过对结果数据的比较选择,可以得到各组单元在不同波速下沿半径内力的最大值,采用静力等效法计算的结果与时程分析的结果比较如图 15所示.由图15可以看出,采用静力等效法的结果除中部外普遍比动力时程的结果大,说明采用静力等效法设计在这些地方是偏于安全的,总体来看,数据吻合较好,因此利用静力等效法来对大跨度空间网壳结构进行概念设计是可行的.但也应注意到,在网壳中部静力等效法误差达 20%,且比动力时程分析的结果小,是偏于不安全的,因此大震时做动力时程校核是必要的.(1)采用时程分析时,罕遇地震波峰值提高到多遇地震波峰值的 5.7倍,但实际计算结果表明,大震时结构杆件内力并没有线性地提高到小震时的 5.7倍,而是比该值小,例如单元7003仅提高2.9倍,这是结构的几何非线性和大震时结构阻尼增大造成的.(2)文中地震波采用竖向及水平向双向同时激励于结构,且行进方向与波振动方向垂直,其效应类似于面波的效应.计算结果表明:与地震行进方向一致的杆件受地震影响小,而与水平地震分量振动方向一致的杆件受地震影响大,说明水平地震分量对结构影响显著.(3)行波效应对大跨度空间结构影响显著.并非波速越小,结构地震内力越大,行波波速对网壳不同部位影响也不相同,在网壳中部行波效应最明显,当不考虑行波效应时,地震动内力系数为 0.38,当波速为800 m/s时是0.83,当波速为400 m/s时是1.55,考虑行波效应的地震动内力在波速为800 m/s、400 m/s时分别是不考虑行波效应的2.2倍、4.1倍,可见行波效应对于大跨度空间结构的影响不可忽略.(4)地震是一种作用于结构的复杂的地面运动,如何有效地将之简化,从而提供设计上的参考,一直是人们关注的问题.本文采用静力等效法,将地震这一复杂的作用转化为静荷载.通过静力等效法与动力时程法计算结果的对比,发现静力等效法简单实用,完全可以满足概念设计的要求.对于类似大跨度网壳屋盖结构,本文推荐在初步设计时,考虑行波效应 8度区罕遇地震静力等效系数取2.0,多遇地震取1.27.【相关文献】[1]陈幼平,周宏业. 斜拉桥地震反应的行波效应[J]. 土木工程学报, 1996, 29(6):61-68. 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摘要:本文针对工程抗震分析中大跨度结构多点激励问题的分析方法进行了理论总结,并结合实际算例,对采用相对运动法和大质量法进行多点激励问题分析的计算结果与精确解进行了研究对比,给出了相关的结论。
关键词:多点激励相对运动法大质量法一、引言地震时震源释放的能量以地震波的形式经过不同的路径、地形和介质传播至地表,由于波的传播特性导致地震地面运动具有随时间和空间不断变化的特征。
通常在结构的地震反应分析中,只是考虑地震地面运动的时变特性,而忽略地震地面运动随空间变化所带来的影响。
对于高层与高耸结构、中小跨度桥梁等在水平面内的几何尺寸比较小的结构物来说,地震地面运动的空间效应影响很小,计算结果能够满足工程需要 [1]。
但对于大跨度结构,由于跨越尺度较大,不同支承点处输入的地震地面运动则存在着一定的差异,从而对结构的地震反应有一定的影响。
由于不同支承点处输入的地面运动存在着差异,但从结构分析的力学机理来说都是一致的,因此统称为多点激励效应。
考虑多点激励使得大跨度结构的地震反应分析更加符合实际情况,显得更为合理[2]。
二、多点激励动态时程分析方法的应用大跨度结构多点激励动态时程分析的方法主要有相对运动法(rmm,relative motion method)和大质量法(lmm,large mass method)[3]。
1.相对运动法对于多自由度体系,多维多点输入的地震反应动力平衡方程为(1)式中[m]、[c]、[k]分别是结构的总体质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵,、、分别为结构的绝对位移向量、速度向量和加速度向量,为地震作用引起的外荷载向量。
设桥梁结构支承点相应于地震动输入的自由度数为,非支承点的自由度数为,在绝对坐标系下,式(1)的动力平衡方程可写为分块矩阵的形式,即(2)式中、、和、、分别表示支承点和非支承点处的位移、速度和加速度向量。
将结构的绝对位移分解为准静力响应和动力响应之和,其中非支承点处的准静态响应定义为(3)式(3)的力学意义为结构支座节点的静位移引起的结构非支承点处的位移,即所谓的准静态响应。
将式(3)代回式(2)的第一个方程可得(4)当假定阻尼矩阵正比于刚度矩阵时,上式右边第二项为;当阻尼为其它形式并且较小时,此项也很小,因此可以从上式中略去[3]。
由此可以近似得到(5)对集中质量体系,,式(5)变为(6)采用此式进行动力计算的优点在于只需要根据支承点处的加速度时程就可以进行计算得到非支承点处的动力响应,而不需要知道速度向量和位移向量。
2.大质量法大质量法是对结构模型进行动力等效的一种分析方法,这种方法在处理多点激励问题时需要解除支承点沿地震作用方向的约束,并赋予节点大质量,其数值通常远远大于结构体系的总体质量,此时式(2)中支承点处的质量矩阵应改为,其中的表达式为(7)式中为第个支承点所赋予的节点大质量。
同时为了强迫支承点处的动力响应时程与初始模型保持一致,在各节点大质量上作用随时间变化的节点荷载,其中为各支承点处输入的加速度时程,由此式(2)的动力平衡方程可以改为(7)由式(7)的第二个方程可以得到支承点处的加速度,即支承点处的加速度响应时程与输入的多点激励加速度时程基本保持一致。
对比式(2)和式(7)的第一个方程,可知当相同时,由该两个方程求得的非支承点处的动力响应、、是一致的。
由于大质量法在求解过程中不涉及位移的分解,因此采用大质量法求解结构在多点激振下的动力响应,可以通过直接积分的方法得到结构的总体地震反应,即相对位移法中准静态响应和动力响应的和,大质量法可以适用于非线性分析。