多点输入下大跨网壳结构的弹塑性分析

通过对地震动力弹塑性分析原理及方法的介绍,说明对大跨空间结构时程分析时考虑多点输入的必要性。以单层大跨网壳结构为例,利用El-centro地震波研究该结构在8度罕遇地震作用下的变形能力和破坏特征,评价其抗震性能,并提出其在多点输入下弹塑性分析时抗震性能的相关措施及建议,以供网壳工程设计时参考。

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多点输入下大跨网壳结构的弹塑性分析李龙，曹现雷，白福玉(西安建筑科技大学土木学院，陕西西安 705 ) 05 1【摘要】通过对地震动力弹塑性分析原理及方法的介绍，明对大跨空间结构时程分析时考虑多点 说

输入的必要性。以单层大跨网壳结构为例，用 E一et利 1 Il震波研究该结构在 8度罕遏地震作用下的变形 C lO地"能力和破坏特征，价其抗震性能，评并提出其在多点输入下弹塑性分析时抗震性能的相关措施及建议，以供

网壳工程设计时参考。

【关键词】大跨网壳；弹塑性；多点输入 【中图分类号】 T 333 U9 .大跨网壳结构以自重轻、构刚度好，以构造中问无结可支撑的跨度较大的空间，及丰富多变的优美造型等诸多优以

【文献标识码】 A位置。因此，这种分析方法能更准确而完整地反映结构在强烈地震作用下的变形特性，是改善结构抗震能力、高抗提震设计水平的一项重要措施。其主要步骤如下： () 1建立整体结构模型； () 2定义材料的本构关系，通过对各个构件指定相应的单元类型和材料类型确定结构动力响应的各参数；( )义模型的边界条件； 3定

点而得到了越来越多的应用。随着计算理论发展和新材料的应用，壳结构的跨度越来越大，件厚度越来越薄，构网构结

几何非线性程度提高，动力特性显著提高，其一般的弹性理论分析已经难以满足要求，阂此，此类结构在地震作用下对的动力性能研究及相应的设计要求，也得到 j多学者及设 '众汁人员的关注。j。根据结构抗震设计指导思想，理的抗 合

() 4施加恒、活荷载等竖向荷载值以及风等横向荷载；( )结构构件上定义及分配塑性铰特性值； 5在

震设计应使结构在罕遇地震作用下部分杆件屈服，材料进入塑性。弹塑性分析是解决结构在罕遇地震作用下延性分析的重要方法之一，因此，网壳结构动力弹塑性分析的研究对f分重要。

() 6输入适合本场地的地震波；( )行弹塑性分析； 7进

() 8分析结构的塑性铰分布、总侧移及层间位移等，综合评估结构的抗震能力。

本文以单层网壳结构

为研究对象，析了该类结构在地分震作用下的动力稳定性能特点，探讨了网壳结构的抗震性能问题，丰富动力弹塑性分析理论做了有益补充。为

2多点输入方法地震时，从震源释放的能量以地震波的形式传到地表面并引起地面震动，于平面尺寸较大的结构，于各支点的对由

1弹塑性分析原理及方法 多自由度结构体系在地震作用下的动力运动方程为 l: [{ +[} z}+[{ 1}= ) ( ) M] () c] () K] () 1式巾： j[为质量矩阵； c]比例阻尼矩阵； K]刚 [为[为度矩阵；￡}} t{{ t}别为时间步内加速度{ )、 )、 ( ( ( )分向量、度向量和位移向量；()地面运动向量。速厂t为 步内位移、度与加速度向量增量关系可表示为：速 [{ t f}+[] (+△ ) M]+△ ) C{ t￡}时间

距离与地震波的波长在同一数量级，使得地震波到达各支点的时间不同；球介质的不均匀性，此产生各支点处地震地由

动的频散损失；各支点的局部土层不同等原因，使各支点致的地震动是不相同的。,。这一点已被许多强震观测记录所 J证实。

荷载的准确输入是对准确分析大跨网壳结构弹塑性性能十分必要的，多点输入就是在地震动输人中考虑地震动的这种空间变化特性，要有以下三种实现方法：主

+[{ t t}=, t￡ K] (+A ) (+△ )

() 2

假定在微小时段内加速度{ t}速度{ t}位 ( )、 ( )和移{ t}为线性变化，式 ( )式 ( )减得动力方程 ()均则 1与 2相的增量形式：

() 1先将时间一加速度关系在频域上进行积分，使其成为时间~位移关系，后施加位移历程载荷。然

() 2制定结构的时间一加速度历程，加速度方向约束在地基节点，这时只需要为每一荷载步指定时间和相应的加速

[] t} C{() { )+[] t}+[] t}=△厂 )( ) ( K{ ) ( . ( 3 时程分析法就是将简谐力作用时间划分为一系列微小 时段△t利用式 ( )解在 0△t2……等各个时刻的近， 3求、、A t

[稿日期]0 0— 3

— 2收 2 1 0 2

似解。Wio l n一0由于计算精度高、 s法稳定性好而在时程分析中广泛采用。对运动方程直接积分，而获得计算系统各 从

[作者简介]龙( 9 2~)男，士研究生，究方向李 18,硕研 为钢结构基本理论；曹现雷( 9 9~)男，士研究生，究 17,博研

质点的位移、速度、加速度和结构构件地震剪力的时程变化曲线。通过计算还可以分析出结构的薄弱层和构件塑性铰

方向为钢结构基本理论；白福玉( 9 5~)男，士研究生， 18,硕研究方向为工程力学。

四J建筑 I I

第3 0卷 6期

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