考虑地震方向性的大跨度钢结构网架地震响应分析及易损性分析

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大跨网架是目前常见的建筑形式之一,由于网架抗震性能好、形式多样的特点,网架得到迅速的发展。但像这类建筑往往聚集大量人群,一旦发生地震会造成大量的人员伤亡和财产损失。在研究网架结构抗震性能上,通常假定地震作用到结构的方向是结构轴向,但实际地震作用到结构的方向是任意的,地震最不利输入角度往往与结构轴向不一致。因此有必要分析网架结构在不同地震输入角度下的抗震性能。本文研究的主要内容有如下:(1)以山西大同储煤棚为例,对大跨网架结构进行了非线性时程分析,以构件响应量峰值为标准进行判别,研究了大跨网架结构在不同地震输入角度下的地震响应差异以及不同地震波对网架结构的最不利输入角度的影响。研究表明:地震输入角度对节点位移、杆件轴力、扭转效应等有明显影响,不同结构响应参数有不同的最不利地震输入角度,最不利地震输入角度与地震波的类型相关。(2)选取了国内外相关规范建议的地震反应组合方法(SRSS、100/30、100/40),计算网架结构地震响应值,通过非线性时程分析法计算网架结构在不同地震输入角度下的最大地震响应,将两者结果进行比对,评估3种地震反应组合方法的安全性。研究表明:SRSS、100/40、/100/30地震反应组合方法计算所得的各项地震反应组合值均超过最不利输入角度下的结构地震反应值,在大跨钢结构网架的实际工程中,为了方便运算,三种方法均可以采用,优先采用100/40组合法。(3)基于增量动力分析法(IDA)对大跨钢结构网架进行地震易损性分析,以地面峰值加速度为地震动强度指标,通过网架的最大节点位移和弹性极限位移定义了网架结构的损伤指标。通过改变地震输入角度,得到0°、30°、60°角下的结构地震易损性曲线,分析地震输入角度对网架结构地震易损性概率的影响。最后引入倒塌安全储备系数(CMR),评估不同地震输入角度下网架结构的抗倒塌能力。研究表明:不考虑地震输入角度会低估网架结构损坏概率,地震沿着0°输入时网架结构抗倒塌能力最高,60°次之,30°最低。
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