多维多点地震作用下某体育馆的动力响应分析.pdf

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1、第26卷第2期华中科技大学学报(城市科学版)Vo1．26No．22009年6月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Jun．2009多维多点地震作用下某体育馆的动力响应分析陈海忠，朱宏平，蔡振2，圄东东(1．华中科技大学a．土木工程与力学学院，b．控制结构湖北省重点实验室，湖北武汉430074；2．中国人民解放军96657部队，北京100011)摘要：大跨空间结构受到的地震作用是多维多点的，结构受力情况十分复杂。本文采用时程分析法对某体育馆大跨空间结构进行多维多点输入下的地震响应分析，并与多维一致输入下的结构响应进行对比，考查了两种输入方法下结构杆件内力的分布特点

2、，并进行了对比分析。得到在多维多点输人和多维一致输入下结构响应的差异，为结构设计提供参考。关键词：大跨空间结构；动力响应；时程分析；多维多点输入；一致输入中图分类号：TU393．3文献标识码：A文章编号：1672-7037(2009)02-0012-04大量地震记录表明，在同一次地震中，地表各地表面以一定速度传播，结构各支承点处地震波处的反应不同，即使相距仅几十米，振动的幅值、波形不变，只存在时间滞后和振幅衰减。尽管时相位和频谱特征也不尽相同，且其空间变化十分程分析法由于上述假设存在诸多局限性，但它仍复杂⋯。对于桥梁、大型屋盖等大跨空间结构，在一定程度上反映了地震波传播的基本特若仍采用

3、一致输入进行抗震分析可能会引起较大征】。因此，对于大跨度结构地震反应分析，基的误差。大跨空间结构由于其跨度大，基底延伸于时程分析法的多点输入的研究，在一定程度上长，在地震作用下各地面支座不同步运动，应当考客观反映了大跨空间结构的地震反应特性。空间虑地震激励的空间变化效应及多点激励的影结构在受到来自任意方向的地震作用时，其运动响“J。而我国现行的《建筑抗震设计规范》(GB方程为5001l一2001)中的地震反应分析法是基于一致地[]{l，}+[c]{y}+[]{Y}=震输入假定的，对于大跨结构若仍采用规范的计_[]{，}(t)(1)算方法，显然不够准确。因此，研究考虑地震激励式中，、c、

4、K分别为结构的质量、阻尼与刚度矩空间变化效应的大跨度空间结构的抗震分析方法阵，，为惯性力向量，(￡)为地震动输人。非常必要。如果考虑多点(Ⅳ个地面节点)不均匀地震大跨度空间结构受到的地震作用是多维多点激励问题时，假设结构有

5、7v个支座接地，在相对的，结构的受力情况十分复杂。在多点输入作用于地球中心静止的绝对坐标系下，结构的动力方下，结构的运动方程不能简单套用一致输人下的程可以写成如下分块形式：运动方程，计算公式必须重新推导。本文以某体育馆为例研究大跨度空间结构在多维多点激励下的地震反应分析方法。[畦cc川,．11x,)1理论分析+[乏=)式中，为个支座的地面强迫位移，每个支座对于建筑结

6、构非一致输人地震反应的研究，考虑三个方向的位移，所以为3N维列向量；主要方法有时程分析法(行波法)、随机振动分析法和工程实用反应谱法，其中以时程分析法最常为结构系统所有非支座节点的位移；、c～用。时程分析法假定地基条件一致，地震波沿与分别为结构支承点的3NX3N维质量、阻收稿日期：2009-01-05作者简介：陈海忠(1972一)，男，上海人，高级工程师，博士研究生，研究方向为大跨度新型空间结构，chenhz@mail．hust．edu．cn。基金项目：国家自然科学基金(50778077)。第1期陈海忠等：多维多点地震作用下某体育馆的动力响应分析·l3·尼和刚度矩阵。、C与分别为结构非

7、支承据屋盖结构布置，钢构件材料表，单元特性，静荷点的3N×3N维质量、阻尼和刚度矩阵。厂m为地载分布，等效质量分布等条件，结合ANSYS前处面作用于支座上的力向量。、c—c、理模块和APDL参数化设计语言的二次开发，对与分别为结构与支承点的耦合质量、阻尼和体育馆大跨度空间钢屋盖进行了整体建模。屋盖刚度矩阵。结构中的拱腹杆、檩条、吊杆等构件采用Link8空假定采用集中质量矩阵，并展开方程(2)的间杆单元模拟。桁架梁，两翼裙房屋盖梁，抗震柱第一行，得到等采用Beam4空间梁单元模拟。钢管的焊接点，螺栓球及一些等效质量构件用Mass21质量单元[]{}+[C]{}+[]{}=模拟。有限元模型

8、见图1。一[c]{}一[]{}(3)将分解成拟静力位移和动态相对位移y，两部分，即∽(4)可以令式(2)中的所有动力项为零，得到拟静力位移{l_一[][]{}(5)将式(4)代入方程(3)，并利用式(5)，得[]{yr}+[c。，]{】，，}+[]{}=一[肘]{}一[c]{}一[c]{}(6)图1ANSYS中有限元模型与在一致地面运动条件下不同，方程(6)不能退2．2地震波化成常用的运动方程，这是由于方程(2)中假定本文选用三条强震记录对体育