多点输入下考虑下部支承k8单层球面网壳强震响应研究

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1、哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第1章绪论1.1课题背景及意义当今社会是经济、科技、文化高速发展的时代。人们生活的丰富化对建筑领域提出了更高的要求。大跨度结构以其多变的结构形式，优美的形态和丰富的功能性吸引着世人的眼球。一大批技术先进、规模宏大、形式新颖的大空间公共建筑进入到人们的生活中。例如：国家大剧院、国家体育场鸟巢和游泳馆水立方、巴伦西亚科学城、里昂国际机场，如图1-1至图1-4所示。各地新修高铁列车火车站、飞机航站楼、体育场、会展中心、各大工业厂房等。大跨度空间结构不仅丰富了人们的生活，更往往是

2、人员密集或是配置重要设施的地方。灾害发生时，其安全性能关系着人们的生命安全。因此，提高该类结构的安全性能显得尤为重要。图1-1国家大剧院图1-2国家体育馆、国家游泳中心图1-3巴伦西亚科学城图1-4里昂国际机场-1-万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文地震是人们常遇的最严重的自然灾害之一，往往给人们带来了巨大的生命财产损失。受地理位置影响，我国遭受的地震灾害较为严重。如:2013年4月20号，四川雅安发生7.0级地震，造成189人死亡13000多人受伤。2011年3月，云南盈江发生5.8级地震，造成

3、25人遇难，314人受伤，10余万间房屋顷刻间倒塌损坏。2010年4月，青海玉树县发生7.1级地震，造成2064人死亡，8000多人受伤。2008年5月，汶川发生8级地震，造成6.9万人死亡，37万人受伤，1.1万人失踪，直接经济损失达8451亿元人民币。1976年7月，唐山发生7.8级地震，共造成24.2万人死亡，16.2万人受重伤，直接经济损失高达54亿元人民币，一个百万人口的城市化为一片瓦砾。由此可见，提高建筑物的抗震能力，在地震发生时更大限度地保证建筑物的可靠运行，避免人员伤亡，减少经济损失成

4、为研究者们更为关注的问题。在进行结构抗震分析时，确定地震动的输入是非常重要的一个环节。在以往抗震设计中，我们大多在结构支座处输入相同的地震动，各支座在同一时刻以相同的振幅发生震动，即一致输入。但是对于平面投影尺度较大的结构，地震动到达结构支座时产生了空间变化，如果仍采用一致输入进行计算分析是不符合实际情况的。考虑空间变化性的多点输入比一致输入更加合理。本文正是在此背景下，开展网壳结构考虑地震空间变化性的研究；为了使分析结果更为准确，在研究中考虑下部支承结构的影响，讨论网壳结构的强震失效机理，为网壳结构

5、在我国抗震区的设计实践提供有力支持。1.2国内外研究现状1.2.1地震动场空间变化性描述现有的灾害经验和理论研究表明，地震发生时，地震波到达地面后的运动过程是多向的，从本质上分析是地震动具有空间变化性。地震波在传播过程中穿过不同土层，由于不同土层物理性质不同，地震波经历不同程度的折射和反射；地震波传播路径不同，场地各点接收到地震波的时间也不同；在传播过程中，能量的耗散和衰减引发地震波幅值降低等因素，使得各支座接收到的地震激励存在差异性。尤其对于大跨度结构，其支座距离往往比较大，支座处各点的相位差和振幅

6、有很大差别，因而接收到的地震动的差异性将会体现的更加明显。国内外学者已对地震空间变化性给予了高度重视。其中欧洲规范[1]中明确指出处于某些场地条件（如：地貌明显不同或地质条件不连续且长度大于200m）的大跨度桥梁结构，或者桥梁总长度超过600米，在进行地震响应分析时需要考-2-万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文虑地震动的空间变化性。我国的建筑抗震设计规范[2]（GB50011-2010）明确规定：对于平面投影尺度很大的大跨度空间结构，应根据其结构形式和支承条件，分别按一维一致、一维多点、多维一致和

7、多维多点输入进行抗震计算。其中按多点输入计算时，应考虑地震场地效应和行波效应。在我国新的建筑抗震设计规范中虽然规定了大尺度空间结构的地震动输入形式，但是具体深入的分析方法及影响程度并没有给出。这是因为有关结构多点输入的研究仍处于探索阶段。早在20世纪中叶，学者们就开始关注结构的地震响应受地震空间变化性的影响。起初，学者们通过考虑地震动在不同位置处时间滞后效应来表达地震动的空间变化性。这种方法显然过于简单和粗糙，没有考虑地震的震源特性和场地土质状况等因素。随着研究的深入，学者们在70年代提出了地震动空间

8、相干函数模型，人们对地震动空间变化性有了更深入的研究。根据大批实测地震记录，学者们建立了多个理论相干函数模型和经验相干函数模型，取得了一些有意义的成果。1.1地震动空间变化性的影响因素以下四种因素导致了结构支座接收到的地震动会存在空间变化。（1）相干效应：地震波在传播过程中穿过不同土层，由于不容土层物理性质不同，地震波经历不同程度的折射和反射，进而降低了地面各点间地震相关性。（2）行波效应：地震波从震源传至场地，由于传播路径不同，场地各点接收到地震波的时