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对于大跨度结构,地震波在结构基础面上的传播需要经历一定的时间,也就是说,在同一时刻,结构各支承点所承受的地面运动是不同的,这就是非一致地震激励问题。这一问题涉及到了地震动的行波效应,部分相干效应,和局部效应。
本文以常熟市体育场西看台顶蓬为工程背景,以“大质量法”时程分析为主,模态分析和反应谱分析为辅助,借助有限元软件Ansys,详细地分析了非一致地震激励问题,其中重点考虑了地震动的行波效应。本文首先对结构进行了模态分析,通过结构的振型特点,揭示了大跨拱结构的动力特性,并对大跨度结构振型的选取提出了一些建议。然后,比较了一致地震输入和非一致地震输入两种不同情况下的计算结果,计算结果表明行波效应不仅增大了结构的动力效应,而且改变了结构内力的分布特征。在考虑非一致地震激励问题时,进一步又分析了看台结构、结构支座疏密、地震动传播方向等因素对顶蓬结构动力效应的影响,特别是看台结构对顶蓬动力效应的影响。从以上几个方面,证明了类似大跨度结构的动力分析,不仅需要考虑非一致地震激励的影响,而且分析的思路也与一致输入情况下有较大不同。文章最后又从几何和刚度两个方面,探讨了大跨度格构式拱结构的动力优化问题。并且在不同地震设防烈度情况下,对大跨度格构式拱结构的地震响应,在整个结构受力中所占比重,进行了评估。得出结论:在考虑非一致地震的情况下,即便是在低设防烈度区,地震作用也是不可忽略的因素;在高设防烈度区,地震作用将成为主要控制作用,结构动力效应的优化问题也将非常必要。另外,针对格构式结构的特点,本文采用Ansys的编程语言APDL,编制了内力合成程序,使格构式结构的内力输出更加直观。