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昆明新机场航站楼多维多点抗震性能研究.pdf

昆明新机场航站楼多维多点抗震性能研究

brian
2012-08-22 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《昆明新机场航站楼多维多点抗震性能研究pdf》,可适用于经济金融领域

第卷第期建筑结构年月昆明新机场航站楼多维多点抗震性能研究*束伟农,李华峰,卜龙瑰,朱忠义,甘明,柯长华,黄嘉,秦凯,王毅(北京市建筑设计研究院,北京)摘要首先介绍了多维多点输入地震反应分析的基本原理。进而采用时程分析法对昆明新机场航站楼进行考虑行波效应的多维多点输入地震反应分析,并与一致输入分析结果进行比较,结果显示多维多点输入条件下下部结构的扭转效应有显著增加。由于基础采用隔震设计,行波效应对上部结构带来的影响得到了有效控制。关键词航站楼多维多点行波效应时程分析方法隔震MultisupportandmultidimensionexcitationseismicanalysisonNewKunmingAirportBuildingShuWeinong,LiHuafeng,BuLonggui,ZhuZhongyi,GanMing,KeChanghua,HuangJia,QiKai,WangYi(BeijingInstituteofArchitecturalDesign,Beijing,China)Abstract:TheprincipleofmultisupportandmultidimensionexcitationseismicanalysisisintroducedTimehistoryseismicanalysisfortheterminalofNewKunmingAirportBuildingconsideringtravelingeffectanddoubledirectioninputiscarriedoutTheresultsofmultisupportandmultidimensionseismicanalysishavebeencomparedwiththeresultsofsinglesupportandmultidimensionanalysis,andtheconclusionshowsthatthetorsionaleffectincreasesobviouslyWiththevibrationinsulationdesignofthefoundation,thesuperstructuretravelingeffectsarelimitedKeywords:airportbuildingmultisupportandmultidimensiontravelingeffecttimehistoryseismicanalysisvibrationinsulation*云南省社会发展科技计划)社会事业发展专项。项目编号CA。作者简介:束伟农,硕士,教授级高工,Email:Shuweinongvipsinacom。引言考虑地震动的空间效应对大跨度空间结构抗震性能的影响不可忽视。地震动的空间效应主要包括行波效应、部分相干效应和局部场地效应,尤以行波效应最为突出,会导致结构各支座不同步运动。国内外目前对多维多点输入地震反应分析的研究得到的一致结论是:一致地震动激励下的结构响应是高于还是低于空间相关地震动(多维多点输入)激励下的响应,取决于结构的动力特性、截面形式、位置、反应类型以及地震动变异性的大小等,即使是最简单的结构形式,也无法确定何种激励会引起其最大响应。采用时程分析方法对基础采用隔震设计的昆明新机场航站楼大跨空间结构进行考虑行波效应的地震反应分析,以便了解行波效应对工程的影响程度和规律。多点激励空间结构的多点输入中如何结合实际工程在大跨度空间结构的工程设计中考虑多点输入的影响,并提出适合于大跨度空间结构的抗震设计方法,仍然是需要进一步深入的研究课题。目前,对结构多点地震作用下的结构反应分析研究的主要方法有:反应谱法、时程分析法、随机振动分析法。常规的反应谱法不能考虑行波效应等复杂的因素,而时程分析法和随机分析法可以考虑地震的空间效应,具有技术成熟、结果稳定可靠、对设计指导意义强等优点。时程分析方法又包括支座大质量法、支座大刚度法、相对运动法等不同方法。这里选用相对运动法,考虑多点激励的动力平衡方程为:MssMsbMbsMbbusubCssCsbCbsCbbÛusÛubKssKsbKbsKbbusub=RsRb()式中:us,Ûus,us是绝对坐标系下上部结构非支座节点的运动向量ub,Ûub,ub是绝对坐标系下已知地面运动向量M,C为质量、阻尼矩阵。通常ub,Ûub,ub和Rs为已知量,而us,Ûus,us和Rb为未知量如结构反应us,Ûus,us能够得到,由式()中的第二式可得到Rb。将式()中的第一式展开就可以得到关于上部结构未知运动向量us,Ûus,us的动力平衡方程MssusCssÛusKssus=(MsbubCsbÛubKsbub)()如果采用集中质量模型,则有Msb=另外,一般情况下阻尼矩阵Csb很难确定,因此,阻尼力CsbÛub常常被忽略那么可将式()改写为MssusCssÛusKssus=Ksbub()式中Ksbub是绝对坐标系下由于支座随地面运动而产生的作用在上部结构上的力。相对运动法将结构承受随时间变化的支座移动时的反应分为两个部分:支座移动引起的结构反应,称为拟静力反应支座移动加速度导致的惯性力引起的结构反应,称为动力反应,即usub=ussusbuds()式中:uds为动位移分量uss为忽略惯性力后地面运动位移引起的拟静力位移分量,即uss=KssKsbusb=rsbusb()将式(),()代入式()可得上部结构的动力方程为:MssudsCssÛudsKssuds=MssussCssÛussCsbÛusb()图隔震层阻尼器的布置示意图(深色处为阻尼器)图各方向角场地的分区及视波速的分布式()右端为等效节点力向量,阻尼力相对惯性力而言可以忽略不计,同时考虑式(),可以得到MssudsCssÛudsKssuds=Mssrsbusb()由相对运动法原理可以看出:在单点输入问题中结构的绝对位移=相对位移支座位移,在设计中通常仅关心相对位移,多点输入中,结构的绝对位移=拟静力位移动力位移之和,由于各支承点在同一时刻位移并不相同,不存在同一相对参照坐标系,因此没有与单点输入问题相匹配的相对位移概念。通常将构件内力作为多点输入地震反应分析的主要评价指标。昆明新机场航站楼的多维多点分析工程概况昆明新机场航站楼南北长向约m,东西向宽约m,主体结构采用钢筋混凝土框架结构,屋顶采用钢结构。钢筋混凝土框架结构基本柱网mm,mm,支承屋顶钢结构柱距约mm。道温度缝将整个航站楼分为个区,其中核心区投影面积最大,南北向长约m,东西向宽约m,总建筑面积万m。核心区采用基础隔震设计,选用的阻尼器为直径mm和mm的铅芯橡胶垫和普通叠层橡胶垫,图为隔震层阻尼器的布置示意图。文中仅对核心区进行弹性多维多点输入地震反应分析。多点地震输入的考虑因素多点地震输入:地震动空间变异性的本质就是相关性的降低。导致相关性降低的原因在于:非均一性效应、行波效应、衰减效应和局部场地条件效应。由于建筑规模所限,衰减效应影响较小,通常情况下不考虑。根据以往的研究成果,相对于一致地面运动而言,考虑行波效应产生的计算修正占主导地位,而考虑激励点间相干性部分损失(非均一性效应,局部场地效应)产生的计算修正则小得多,而且多半是略微缩小行波效应的修正量的。因此下面多点地震输入分析主要考虑行波效应,即考虑地震波到达各支座的时间不同。地震波的选用与输入采用相关部门提供的人工波,系列波对b,b,b和b四个方向进行了计算。具体的计算工况为:b输入,X:Y向地震加速度峰值比例为B,主方向为Y向,次方向为b方向b输入,X:Y向地震加速度峰值比例为B,主方向为b方向,次方向为Y向b输入,X:Y向地震加速度峰值比例为B,主方向为b方向,次方向为b方向b输入,X:Y向地震加速度峰值比例为B,主方向为b方向,次方向为b方向。多维多点输入时根据场地安全评估报告,并考虑回填区与非回填区场地剪切波速的差别,回填区视波速采用mPs,非回填区采用mPs。各方向角下场地的分区及视波速的分布如图所示。计算结果及其分析扭转效应如图所示,定义了点~考察航站楼的多维多点响应,并定义点和点的X向相对位移为扭转位移,扭转位移除以两点之间的水平距离作为结构的近似扭转角。图为b多维多点输入与一致输入隔震层相对扭转角时程,表给出了不同方向角下多维多点输入与一致输入隔震层的相对位移和相对扭转角,图和表均显示多维多点输入的扭转角大于一致输入时的结果,特别是b时多维多点的结果与一致图b多维多点输入与一致输入隔震层相对扭转角时程图b多维多点输入点轴Y向位移时程图b多维多点输入隔震层以上各层扭转位移时程图b多维多点输入点轴X向位移时程图b多维多点输入点轴X向位移时程图b多维多点输入点轴Y向位移时程输入的结果比达到了。由图可知,隔震层以上各层的扭转位移差别很小,m标高的楼层和m标高的楼层相对位移曲线基本重合,而m标高的楼层和m标高的楼层相对位移曲线也基本重合。隔震层相对位移和相对扭转角表输入方向角bbbb多点一致AB相对位移PmmAB相对转角PradAB相对位移PmmAB相对转角Prad多点P一致隔震层相对位移图~给出了隔震层点和点X向和Y向层间位移时程。结果显示,多点输入的结果比一致输入的结果略小,且多点输入条件下结构响应比一致输入的响应滞后,有一相位差。而隔震层以上各层层间位移与隔震层有类似结果,表给出了b多维多点输入和一致输入各关键点(图)处的层间位移比较。b方向角层间位移对比Pmm表楼层工况ABCDEm到m多点一致多点P一致m到m多点))一致))多点P一致))柱内力对比表给出了b多维多点输入和一致输入各关键点(见图)处地下层(~m)典型柱子剪力比较。从表中可以看出,大部分柱子剪力在多维多点输入下较一致输入稍小,仅个别柱子剪力在两种输入下基本相当。结语采用时程分析方法对采用隔震支座的大跨空间结构)))昆明新机场航站楼进行考虑行波效应的抗震分b方向角地下层柱子内力比较表输入方向及工况点点点点点点点点点点多点PkNb一致PkN多点P一致多点PkNb一致PkN多点P一致多点PkNb一致PkN多点P一致多点PkNb一致PkN多点P一致析,并与一致输入分析结果进行比较。结果显示,行波效应所致扭转效应不可忽略,特别是下部结构,当结构体型不规则时多维多点输入的结果可能远大于一致输入的。基础采用隔震设计时,虽然隔震层的扭转效应在多维多点输入下有显著增强,但上部结构的扭转趋于同步,上部各层的层间扭转很小,因此行波效应给上部结构带来的影响得到了有效控制。参考文献屈铁军,王前信多点输入地震反应分析研究的进展J世界地震工程,():林家浩,李建俊,张文首大跨度结构考虑行波效应时非平稳随机地震响应J固体力学学报,,():SULIANG,DONGSHILIN,SHIROKATOAnewaverageresponsespectrummethodforlinearresponseanalysisofstructurestospatialearthquakegroundmotionsJEngineeringStructures,,():李忠献,林伟,丁阳行波效应对大跨度空间网格结构地震响应的影响J天津大学学报,,():ZERVAAResponseofmutispanbeamstospatiallyincoherentseismicgroundmotionsJEarthquakeEngineeringandStructuralDynamics,,():R克拉夫,J彭津结构动力学M北京:高等教育出版社,

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