大跨主桁架-曲面空间网格结构抗震性态设计方法

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随着国民经济的日益繁荣和满足人民群众的出行需要,国内若干城市进行了机场航站楼的建造和扩建,这些新建航站楼的屋盖结构形式越来越复杂,跨度也越来越大。如何评价地震中大跨屋盖结构的地震响应,如何提高大跨屋盖结构的抗震性能,这是目前航站楼大跨屋盖设计中值得进一步关注和研究的重要问题。本文以兰州中川机场新航站楼为背景工程,以研究大跨主桁架-曲面空间网格结构的抗震性态设计方法和抗震性能提升手段为研究目标,从大跨屋盖结构的静力分析、三维时程分析、结构抗震性态设计方法、摩擦摆支座在通用有限元软件MSC.Marc中的实现、添加摩擦摆支座的结构响应时程分析等方面进行了一系列相关的研究工作。所开展的主要研究工作和取得的主要成果包括:(1)大跨主桁架-曲面空间网格结构抗震性能评价指标研究。本文开展了中川机场新航站楼结构静力分析及8度多遇地震、8度罕遇地震、9度罕遇地震等多个烈度下的结构三维时程分析,通过对比屋盖剪力、屈服杆件数、屋盖杆件应力和节点位移、薄弱杆件应力和薄弱节点位移等参数,开展了该类结构抗震性能的评价研究。计算结果表明,以上参数能有效地评价该类大跨结构的抗震性能。随着地震烈度的提高,结构屈服杆件数增多,杆件应力水平、节点位移水平也有不同程度的提高,结构损伤随着地震烈度增大而增大。此外,研究表明,采用高强材料并不能直接提高该类结构的抗震性能。(2)摩擦摆支座单元的MSC.Marc二次开发研究。在MSC.Marc程序中通过编写用户子程序开发了MSC.Marc的摩擦摆支座单元,该单元水平刚度采用双线性模型,水平刚度可随支座竖向压力变化而变化。并针对大跨主桁架-曲面空间网格结构的结构特点,对现有摩擦摆支座进行改进,提出了适合该类结构的改进型摩擦摆支座,分析了该类摩擦摆支座的失效准则,建立了大跨主桁架-曲面空间网格结构设置改进型摩擦摆支座的隔震层设计方法。(3)大跨主桁架-曲面空间网格结构抗震性态设计方法研究。本文提出了针对大跨主桁架-曲面空间网格结构设置改进型摩擦摆支座的抗震性态设计方法。对比分析了设置改进型摩擦摆支座前后该结构在8度罕遇、9度罕遇等多条地震波下的屋盖剪力、屈服杆件数、屋盖杆件应力和节点位移、薄弱杆件应力和薄弱节点位移等结构地震响应,并且采用能量法评估了结构的抗震性能。分析结果表明,改进型摩擦摆支座提高了结构的抗震性能,可有效保护结构在大震中的安全;所提出的大跨主桁架-曲面空间网格结构抗震性态设计方法具有计算较为便捷的特点,可满足计算精度要求。
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