柱面网壳结构的地震行波反应分析.pdf

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1、第28卷第3期土木工程与管理学报Vo1．28No．32011年9月JournalofCivilEngineeringandManagementSep．2011柱面网壳结构的地震行波反应分析楼梦麟，田仲业(同济大学土木工程防灾国家重点实验室，上海200092)摘要：以某电厂干煤棚为例，应用有限元方法，计算了水平向一致激励时与考虑行波效应时大跨度柱面网壳结构的地震反应。然后根据计算结果比较了两种地震输入下的结构动力反应。数值分析表明：不同地震输入条件下的结构地震反应峰值存在较大的差异，且变化规律基本上随行波波速单调变化。进一步研究还表明：当行波波速为某一特定值时，结构的某些反应的

2、变化与单调变化规律并不完全一致，存在行波共振的现象。关键词：大跨度柱面网壳；一致输入；行波输入；地震反应；行波共振中图分类号：TU352．1文献标识码：A文章编号：2095—0985(2011)03-0267-04大跨度柱面网壳结构的应用越来越广泛，跨(t)=(t)+Tu^(t)(3b)度也越来越大，而我国大部分地区又处于地震区，()=越(t)+Ta^(t)(3c)所以对网壳结构抗震性能进行深入的研究意义重当仅考虑水平向地震行波作用时，式(1)中的大。目前，国内外许多学者对网壳结构动力特性输入地震波分量为：及抗震性能进行了研究，获得了有意义的研究成{6(t))={(t)，／／

3、2(t)，⋯，(t))(4)果¨J。但对大跨度柱面网壳结构的多点激励以r，A、’式中，{越(f))={越f￡一zail，0，0}，其中(￡)为及行波共振效应的研究还远远不够，本文将以某L＼n，J电厂干煤棚为例，对上述问题进行进一步探讨。输入地震时程，△为第i支座到第1个支座的距离，为地震行波视波速，m为支座数。1水平向多点激励下柱面网壳结构1．2有限元计算模型及输入地震波某电厂干煤棚为四角锥双层柱面网壳，跨度的地震反应分析108m，矢高38．766m，长150m，厚度3．473m，如1．1计算原理图1所示。网壳上弦屋面荷载为沿柱壳曲面均布的满跨荷载，取值1．2kN／m，下弦为

4、0．5kN／m多点激励时柱面网壳地震反应的动力方程的均布荷载，杆件截面为圆钢管。根据网壳结构为：的形式及特点，假定荷载以集中质量的形式作用m“(t)+C(t)+／,(t)=一MTa6(t)于节点上，网壳的节点均为铰接。文中采用通用(1)有限元程序Ansys进行分析，由于所有节点均为式中，Ms，CKs分别为自由度为n的结构的质量铰接，则杆件均为二力杆，因而在有限元分析中，矩阵，阻尼矩阵，刚度矩阵，越(t)，n(t)，M(t)分杆件均采用LINK单元，每根杆件视为一个单元。别为结构相对于基础的加速度，速度，位移向量，根据谢礼立院士等人的研究成果，针对建为拟静力矩阵，由下式计算：筑

5、抗震设计规范划分的四种不同类型场地，各选T=一Ks6(2)取了三条实测地震波数据。I类场地有F1、F2、式中，为结构内部自由度与基础约束自由度间N1波，Ⅱ类场地有F3、F5、N2波，Ⅲ类场地有F6、的交叉刚度阵。结构内部自由度的绝对加速度，F7、F12波，Ⅳ类场地中F8、FIO、N4波。计算中速度和位移向量分别为：地震波时间步长均为0．0lS，地震波由左向右沿(t)=M()+6(t)(3a)向水平传播，沿结构向水平输入。网壳结构收稿日期：2011_09-04作者简介：楼梦麟(1947一)，男，浙江余姚人，教授，博士，研究方向为工程结构抗震防灾(Email：lmi@tongii

6、．edu．cn)基金项目：科技部国家重点实验室基础研究资助项目(SLDRCE08一A-07)·268·土木工程与管理学报20l1年析轴力时，分别选取结构上弦杆、下弦杆和腹杆的拱脚处、1／4跨处和跨中处杆件进行分析，分析加速度和位移反应时，选取上弦杆1／4跨处和跨中处节点。为说明一致激励与考虑行波效应时反应峰值的相对大小，定义相对误差et：二×HIu100％，其中为考虑行波效应时的峰值，m为图1双层柱面网壳一致激励时的峰值。分析时所选取的杆件和节点阻尼比定为0．O2。为便于比较，文中将各地震波均位于结构的左半跨，分析加速度和位移反应时，的加速度峰值均调整为了0．1g。相对加速度

7、与相对位移均是指某点相对于与其处1．3计算结果于同一跨的拱脚处点的加速度与位移反应。文中1．3．1结构自振特性取行波视波速c为200，250，500，1000，1500，网壳结构的前10阶自振频率如表1所示。2000和3000m／s，一致激励相当于视波速取为∞表1网壳结构的前l0阶自振频率(Hz)时的情况。阶序12345678910计算结果表明，结构在12条地震波作用下的频率0．49300．61820．75310．97321．15161．19511．26981．32741．44771．6396反应具有相