大跨度空間結構地震反應分析方法研究

《大跨度空間結構地震反應分析方法研究》是依託同濟大學，由羅永峰擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：大跨度空間結構地震反應分析方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：羅永峰
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

本課題基於隨機振動理論、振型分解反應譜法、非線性有限元法及數值計算技術,針對大跨度空間結構的動力特性,研究其振型特徵及其分布以及對不同參與係數及其累積效率的影響規律,提出大跨度空間結構振型分類方法及評定不同類型振型對其動力回響貢獻的計算方法及界定準則;根據大跨度空間結構振型特徵及頻率分布規律,研究其動力計算模型的構成特點,提出大跨度空間結構動力計算模型簡化的原則與方法;根據簡化動力計算模型,改進適用於大跨度空間結構的靜力彈塑性分析方法即Push-down法;根據大跨度空間結構振型回響和輸入激勵的相關性、振型回響貢獻界定準則以及不同參與係數的意義及作用,提出大跨度空間結構地震反應分析遴選主振型的方法與準則;針對不同參與係數,提出相應的振型累積迭加改進算法以及適用於大跨度空間結構地震反應分析的修正的振型迭加算法。基於現有軟體平台進行二次開發,編制相應大跨度空間結構地震反應分析數值計算模組。

結題摘要

本課題針對大跨度空間結構動力特性的特殊性，研究適用於此類結構的動力回響計算方法，旨在提出高效適用的大跨度空間結構線彈性、非線性地震反應分析方法，並以此為基礎，發展完善此類結構的抗震設計方法和抗震性能評估方法。 對於大跨度空間結構地震反應線彈性分析方法，本課題基於對結構主振型分布特性的研究，建立了基於振型遴選與振型構造的格線結構修正振型疊加法和考慮結構主振型遴選與地震作用相關性的中心頻率移位Ritz向量疊加法，上述分析方法的計算效率和精度均優於傳統振型疊加方法。進一步地，基於質量參與係數和振型截斷原理，建立了適用於“大跨度屋蓋結構+下部結構”動力分析的整體計算模型簡化方法。 對於大跨度空間結構地震反應非線性分析方法，本課題基於結構“整體剛度指標”，建立了適用於空間結構的拓展模態推覆分析(EMPA)方法。以此為基礎，採用平滑化模型模擬空間結構等效單自由度體系等效荷載-位移關係，推導建立了空間結構地震反應分析的彈塑性等效線性化法。隨後，通過分析研究大跨度鋼屋(樓)蓋結構在豎向地震作用下的“單側非線性”滯回反應特徵，建立了此類結構豎向地震反應分析的非線性反應譜法。對於柔性(張力型)空間結構，本課題研究提出了隨機等效線性化方法。 同時，本課題開展了大跨度空間結構的MTMD振動控制研究，從時域和頻域兩方面對大跨度空間結構地震回響解析表達式進行推導，給出了MTMD最優布置方法，並進一步提出了“基於振型”和“基於結構動力回響”的MTMD設計方法；對MTMD減震設計中的關鍵參數及設計方法進行研究，提出了控制振型的選擇、組合和構造方法。 針對所提出的大跨度空間結構地震反應分析方法，本課題開展一系列電算程式編制、有限元數值計算等工作，完成了大量算例，並進一步開展完成了單層球面網殼結構模擬地震振動台試驗，驗證了所提分析方法的正確性、有效性、高效性和精確性。