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结合120m带下部结构钢管拱桁架,本文对大跨空间结构进行结构工程抗震防灾技术的研究,属于国家自然基金资助项目(编号:50878137)、山西省科技攻关项目(编号:20080321086)和省归留学基金项目(编号:2009-26)的研究内容。
地震灾害是地球上自然灾害之首,它具有突发性和不可预测性,它能在瞬间使大量建筑物与构筑物的破坏。减轻因地震造成的生命财产损失的主要途径是:工程抗震。抗震设计的演变与改进正是人们对抗震设计理论深入研究和科学实践、不断总结和发展的认识过程。随着经济和社会的发展,对建筑抗震设计的安全性和实用性提出了更为严格的要求,特别是工业向高精度技术发展,采用传统的工程抗震设计方法有时不能适应工程实际的需要。为此,各国的地震工程学家开展了隔震、减震的理论研究和工程实践,并取得了迅速的发展。基于此,本文探索性地将叠层橡胶支座引入到带下部结构的钢管拱桁架中,研究其减震效应和失效机理,对钢管拱桁架结构基础隔震设计与分析方法提出了一些建议。
本文在已有的国内、外对隔震支座性能研究的基础上,借鉴其在框架结构中的应用研究成果,对其在钢管拱桁架中的应用进行系统的研究,主要进行了以下工作:
1、描述了地震给人类生存带来的威胁和基础隔震的重大意义,对比传统抗震列出基础隔震的优势所在,确定了本文的主要研究内容。
2.首先对带有下部结构的钢管拱桁架进行初步设计,接着应用有限元软件对钢管拱桁架结构进行了优化设计、分析。
3.分析采用隔震支座后拱桁架结构的减震性能,采用EL Centro波、Hollywood波和上海人工波对结构进行单向(X向)地震作用,找出结构在地震作用下位移、内力、加速度的响应规律,分析隔震支座对拱桁架结构的减振效果。
4.同时考虑了材料非线性和几何非线性,选用EL Centro波,分别对原结构和隔震结构进行X向激励,研究其失效机理。
通过对计算结果的分析比较得出:
(1)隔震结构通过减小结构的总体水平向刚度使得结构自振周期增大,避免了结构共振和接近共振现象的发生,较大程度的减小了上部结构的地震作用。
(2)相对于原结构而言,在多遇地震和罕遇地震下,隔震结构的节点相对位移幅值、节点加速度幅值、杆件轴力幅值都有明显的减小。可以看出,隔震结构的地震响应波动幅度明显低于原结构的波动幅度,且在罕遇地震下波动幅度更低,减震效果更明显。
(3)原结构与隔震结构发生的都是动力失稳破坏,装设隔震支座以后,延缓了结构的倒塌,提高了结构的变形能力和消耗地震能的能力。