大尺度张弦桁架结构多点地震反应分析

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张弦桁架结构作为一种传力高效的自平衡预应力空间结构体系,在竖向荷载作用下对基础水平推力小,安全稳定,整体用钢量省,因而近些年来被广泛应用于大型仓储、会展中心和体育馆等空间结构中。我国地质构造复杂,地震活动范围广、强度大、频率高,张弦桁架结构动力特性复杂,同时受地震动空间效应影响显著,因此研究张弦桁架结构在多点地震作用下的抗震性能是空间结构领域面临的重要课题。针对上述问题,本文基于行波法,以张弦桁架柱面煤棚结构为工程背景,研究了多遇地震下张弦桁架结构多点地震反应规律,上海地区张弦桁架结构考虑多点激励效应的地震作用效应调整系数,以及罕遇地震下张弦桁架结构薄弱部位的分布,具体如下。第一,对常见尺寸的9个大尺度张弦桁架结构模型进行了多遇地震下的多点激励和一致激励时程分析,通过对比多点激励和一致激励时程分析结果,得到了多点激励对张弦桁架结构地震响应的影响,以及多点激励效应随结构跨度、结构长度、结构长跨比、地震波传播方向、视波速和地震波种类的变化规律。研究表明:多点激励对上部桁架的影响很大,对主索和撑杆的影响一般可以忽略;上部桁架多点激励效应与结构尺度参数存在相关性;张弦桁架结构在地震波不同传播方向上结构形式的差异性导致地震波传播方向对上部桁架多点激励效应影响很大;视波速对结构多点激励效应的影响通过改变支座间振动相位差来实现;不同地震波多点激励作用对上部桁架的影响程度不同。第二,总结给出了上海地区此类张弦桁架结构考虑多点激励效应后,主桁架弦杆和连桁架弦杆地震作用效应调整系数的建议取值。研究表明,主桁架弦杆地震作用效应调整系数根据结构跨度的不同可在1.3~1.55之间取值,连桁架弦杆受多点激励影响较大,地震作用效应调整系数根据其所在结构的部位不同可在2.0~7.2之间取值。第三,基于塑性铰理论,对张弦桁架结构进行了罕遇地震下的多点激励和一致激励时程分析,考察了此类结构在罕遇地震下的抗震性能,并找到了此类结构的薄弱部位。研究表明:张弦桁架结构在罕遇地震下的抗震性能良好,但结构存在薄弱部位。薄弱部位主要包括:与支座直接相连的主桁架下弦杆;与主桁架直接相交的连桁架弦杆;离支座较近的连桁架弦杆。同时,本文还针对结构薄弱部位提出了加强方案,并通过数值模拟验证了加强方案的有效性。以上研究成果可为张弦桁架结构的抗震设计提供参考。
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