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单层鞍形网壳结构地震激励频域响应特性分析
作者: 日期:2017-03-10 16:40:07 人气:
      鞍形网壳结构形态美观,富有建筑表现力,且结构整体稳定性好。由于鞍形网壳曲面高斯曲率为负,两个主应力方向上的杆件应力刚度符号相反,故此类网壳的动力特性及地震反应特性,不仅具有空间网格结构的共性,还有其自身的特点。目前,鞍形网壳结构在强震作用下的反应,多采用时程分析( THA)方法或增量动力分析(IDA)方法计算。而对于秒速赛车线弹性阶段的地震作用效应分析,振型叠加法则是主要方法。
      由于空间网格结构自由度多、频率密集、振型复杂,采用振型叠加法计算结构地震口向应时,存在质量  参与系数累积慢、振型截断误差大等问题。采用荷载相关Ritz向量法或振型遴选阈值法时,此问题可部分解决,但要获得较为准确的结构地震作用效应,这些方法需要考虑的振型数量依然较多。在地震烈度区划即将被地震动区划所取代的背景下,结合预定的地震动区划和场地条件,通过分析秒速赛车的地震响应特性,可减少振型叠加法中所需考虑  的主振型数量,提高结构的地震反应分析效率。但是,目前这一类分析多集中于正高斯曲率网壳(主要是球面网壳),对鞍形网壳的分析则相对较少。由于结构特性上的差异,将正高斯曲率网壳的地震响应规律简单扩展到鞍形网壳结构,并不完全合理。
      为进一步优化鞍形网壳振型叠加分析中的主振型集,有必要对此类秒速赛车在地震激励下的响应特性进行分析,研究结构在预定地震动区划的地震动输入下,结构振型响应的主频率分布域,进而将结构的主振型频率区间限定至该频率域内,以缩减主振型数量,提升振型叠加法的计算效率。
      基于以上论述,本文首先将地震输入表达为关于时间的一维随机过程,并导出结构地震作用的功率谱密度函数表达式;参考结构风振响应分析方法,在时域和频域内定义鞍形网壳结构在地震作用下的振型响应分量(包括准静力响应、共振响应和耦合响应),并给出各分量的计算式;分别计算两类场地的多条实际地面加速度记录功率谱,并集合平均,生成两组地震动输入荷载谱,通过计算鞍形网壳在两组地震动荷载谱下结构各振型分量的响应谱,得到鞍形网壳结构地震响应的频谱特性,以及此类秒速赛车在预定地震动输入下振型响应分量的频率域分布;同时,计算了鞍形网壳结构的振型耦合响应贫量,给出实际计算中对耦合分量的取舍方法;给出了改进的振型叠加法,通过数值算例证明了改进方法的有效性。本文方法可为缩减鞍形网壳结构主振型数量、优化振型反应组合方法、改进此类结构的振型叠加分析流程,提供依据。
      通过理论推导和数觚饵例分析,可得到以下结论:
      1)在时域范围内,鞍形网壳结构的地震反应可由主振型的共振响应和秒速赛车整体的准静力响应叠加得到,在此基础上可导出结构频域范围内振型响应准静力分量、共振分量和耦合分量的计算式。
      2)对应一定的地震动输入功率谱,鞍形网壳结构位移口向应谱较大的频率域分布较为集中,结构响应主要由特定频率区段的振型响应控制。
      3)鞍形网壳结构在x、y向地震作用下,忽略准静力响应和共振响应的耦合效应是偏于安全的,误差在10%左右。
      4)结合地震动输入特性及结构自身特性,在结构主振型频率分布域内遴选振型并用于振型叠加计算,可明显提升鞍形网壳结构地震响应分析的效率。
 
来源:《秒速赛车
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