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本论文以上海市科委重点科技项目“浦东机场T2航站楼抗震关键技术研究”为依托,开展非一致激励下大跨结构抗震性能研究工作。主要研究方法、内容、和结论如下:
1、将现代谱估计技术引入到地震动的功率谱密度函数估计中,并应用条件模拟方法,完成非平稳空间相关地震动生成程序的编制和验证工作,为进行非一致激励下大跨结构抗震分析提供合理的地震动输入。
2、通过模拟地震振动台试验,深入研究浦东机场T2航站楼这类大跨混合结构体系的抗震性能。试验表明:该结构能够满足“小震不坏”和“大震不倒”的抗震设防标准。模型结构的加速度放大系数随着高度的增加而变大,但由于此结构体系的特殊,使得结构不同部位的加速度放大系数存在较大差异。作为过渡层构件的钢斜柱在地震输入下主要承受弯曲作用,且A、G轴屋架柱上的YC-2、YC—3钢斜柱地震反应最为强烈。型钢混凝土柱与Y形钢斜柱的连接节点在高烈度地震输入下易产生损伤,为整体结构的薄弱环节。
3、将混凝土材料本构模型通过二次开发方式嵌入到ABAQUS软件中,并将ANSYS、ABAQUS两大有限元计算程序以及数学软件MATLAB结合起来,既保证了钢筋混凝土材料的准确模拟,又实现了复杂结构非线性有限元分析的高效性。
4、应用二次开发的ABAQUS软件对浦东机场T2航站楼结构进行非线性动力分析,详细考察了结构的位移、内力反应,以及整体结构的扭转反应和典型构件的滞回反应。分析表明,T2航站楼下部混凝土框架结构位移反应满足规范限值,Y形钢斜柱和上部钢屋盖结构将产生明显大于下部框架结构的位移反应。钢结构屋盖和X3段混凝土框架具有较大的扭转反应。7度罕遇地震激励下,型钢混凝土屋架柱及一部分Y形钢斜柱会进入弹塑性工作状态,其中A轴的YC-2、YC—3钢斜柱弹塑性反应较为明显。8度罕遇地震激励下,X3、Y3段混凝土框架防震缝两侧的边柱可能会发生轻微碰撞。
5、考察了非一致激励对浦东机场T2航站楼结构非线性动力反应的影响。研究表明:非一致激励可能会引起较大的加速度反应、位移反应、内力反应、相对位移反应以及整体结构扭转反应。
6、选择四条具有广泛代表意义的原始地震动作为源波,应用条件模拟方法,并考虑不同效应组合进行非一致地震波的模拟生成,对典型的大跨度拱结构进行了不同激励组合方式下的地震反应分析。通过对比结构的内力和位移反应,对非一致竖向激励下大跨结构的地震反应特点进行了深入探讨。研究表明:相干效应对于非一致竖向激励具有较大的不利影响,而行波效应对于非一致竖向激励具有弱化影响。类似非一致水平向激励,非一致竖向激励也会对结构的地震反应起控制作用。
7、对多种不同偏心情况的框架结构在非一致激励下的地震反应进行了计算分析,深入考察了非一致激励对结构扭转反应的影响。对比研究表明:非一致激励对结构位移和内力响应具有较大不利影响,其对结构的扭转和相对位移响应的影响程度随着结构偏心程度的增加而增大。
8、针对非一致激励对结构地震反应的重要影响,建议在抗震设计的第一阶段采用非一致激励反应谱分析方法,第二阶段采用时程分析方法将非一致激励引入大跨结构的实际应用。