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钢管拱桁架以其新颖的建筑造型、合理的结构特性而受到世界各国建筑师和结构工程师的青睐,在体育建筑、纪念性建筑、文化建筑领域得到了广泛的应用。随着经济的发展和科学技术的进步,钢管拱桁架结构正趋向于大型化、复杂化。钢管拱桁架结构由于其自身结构形式的多样性、造型复杂多变、杆件和节点数目繁多等特点,人们对该种结构的抗震规律性认识还远远不够。
地震是困扰人类的一大自然灾害,过去减轻地震造成的生命财产损失的主要途径是:工程抗震。抗震设计的演变与改进正是人们对抗震设计理论深入研究和科学实践、不断总结和发展的认识过程。随着经济和社会的发展,对建筑抗震设计的安全性和实用性提出了更为严格的要求,特别是:
工业向高精度技术发展,采用传统的工程抗震设计方法有时不能适应工程实际的需要。为此,各国的地震工程学家开展了隔震、减震的理论研究和工程实践,并取得了迅速的发展。基于此,本文将叠层橡胶隔震支座应用到三心圆弧钢管拱桁架中,研究其减震效应,对钢管拱桁架结构基础隔震设计与分析方法提出了一些建议。
本文在已有的国内外对隔震橡胶支座性能研究的基础上,借鉴其在框架结构中的应用研究成果,对其在钢管拱桁架中的应用进行系统的研究,主要进行了以下工作:
首先给出了地震给人类生存带来的威胁和基础隔震的重大意义,对比传统抗震列出基础隔震的优势所在,确定了本文的主要研究内容。
其次,本文分析了基础隔震的基本原理,阐述了基础隔震的工作原理以及列出基础隔震的分类。针对叠层橡胶隔震支座比较成熟的现状,为第四、五章分析提供了理论基础。
再次,应用结构分析软件对三心圆弧钢管拱桁架结构初始模型进行设计,分析其应力状态和自振特性。
然后,对比隔震结构和原结构的自振特性,并采用EL波对结构进行单向(X向)地震作用,对比隔震结构与原结构的节点位移、节点加速度、单元轴力,找出结构在地震作用下的响应规律,并分析其对结构的减震效果。最后,为了比较地震波对三心圆弧钢管拱桁架基础隔震性能的影响,采用Hollywood波和人工波对结构进行地震作用,找出结构在地震作用下的响应规律和减震效果,并比较三种波对结构减震效果的影响。
通过对计算结果的分析比较得出:
(1)采用基础隔震技术,可以提高结构的自振周期,使得结构地震作用从反应谱的平台段转移到下降段,结构总地震作用得以有效降低。
(2)在多遇地震和罕遇地震下,隔震结构的节点相对位移幅值、节点加速度幅值、杆件轴力幅值与原结构相比,都有明显的减小。可以看出,隔震结构的地震响应波动幅度明显低于原结构的波动幅度,且在罕遇地震下波动幅度更低,减震效果更明显。
(3)隔震结构的节点相对位移最大值、节点加速度最大值以及杆件的最大轴力都比原结构要小,说明隔震结构的设计安全性。
(4)通过比较三种波对隔震体系的影响,可以看出,EL波下的减震效果较好,而HOLLYWOOD波下相对较差。