（力學(xué)專業(yè)論文）巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的抗震及動(dòng)力穩(wěn)定研究.pdf

國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院工學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 抗震分析和動(dòng)力穩(wěn)定分析是大型結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析的重要內(nèi)容，本文以巨型 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)為研究對象，對其在地震響應(yīng)和階躍荷載下的動(dòng)力穩(wěn)定、復(fù)雜荷載的處 理、動(dòng)力失穩(wěn)機(jī)理等內(nèi)容進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容在以下方面： 一是研究了圓柱面巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，應(yīng)用子空間迭代法得到結(jié)構(gòu)前 6 0 階自振頻率和相應(yīng)振型，分析了矢跨比、長跨比、約束方式等參數(shù)對結(jié)構(gòu)自振 特性的影響。采用反應(yīng)譜法和時(shí)程法對圓柱面巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)作了較詳 細(xì)的分析，并對兩種分析的結(jié)果進(jìn)行了比較 二是總結(jié)了空間結(jié)構(gòu)動(dòng)力穩(wěn)定問題的研究進(jìn)展，應(yīng)用全過程動(dòng)力時(shí)程追蹤分 析方法，分析了巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在階躍荷載作用下的動(dòng)力時(shí)程曲線，應(yīng)用位移判定 準(zhǔn)則，判定結(jié)構(gòu)的動(dòng)力失穩(wěn)。 三是研究了應(yīng)用小波函數(shù)多分辨分析方法分解復(fù)雜荷載及這種方法在m a n 曲 語言中的實(shí)現(xiàn)過程。在圓柱面巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)動(dòng)力穩(wěn)定分析基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討了 結(jié)構(gòu)動(dòng)力失穩(wěn)的原因和特點(diǎn) 四是引入突變理論，應(yīng)用能量原理給出了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的尖點(diǎn)突變模型，并 由此得出應(yīng)變能平衡路徑判定準(zhǔn)則，結(jié)構(gòu)應(yīng)變能的突變是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)跳躍失穩(wěn)的內(nèi) 部原因。 論文最后對上述研究內(nèi)容及成果作了簡單的總結(jié)，并展望進(jìn)一步研究的方向 和需要進(jìn)行的工作。 關(guān)鍵詞：巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)；動(dòng)力特性；非線性動(dòng)力穩(wěn)定；小波理論：突變理論； 判定準(zhǔn)則 第i 頁 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院工學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t , s e , i s l n i ca n a l y s i sa n d l y l 蛐i es t a b i l i t ya n a l y s i s 躺i m l x , r 協(xié)tc o n t e n t si nl a r g e s m a e t m a la n a l y s i s w i t ht h eh u g er e t i c u l a t e ds t r u c t u r es y s t e mb e i n gt h eo b j e c to ft h e s t u d y ，s e i s m i ca n a l y s i s ，d y n a m i cs t a b i l i t ya n a l y s i si l l n d e l s t e pl o a d s , d i s p o s a l o f c o m p l e xl o a d sa n dm o e h a n i s mi n s t a b i l i t yw e l es t u d i e di nt h i sp a p e r 1 1 l cm a i n c o n t e n t sa s u m m a f i e da sf o l l o w i n g f i r s t l y r e s e a r c h e dt h em c e l a a n i s mc h a r a c t e r i s t i co f t h eh u g er e t i e u l a t e ds t r u c t u r e s y s t e m t h es t r u c t u r e sd y n a m i cd 岫c t 盯w a f tc o m p u t e db yf e m t h e o r ya n dm e t h o d o fs u b - s p a c ei t e r a t i o na n dt h ef i o n t a l6 0v i b r a t i o nf r e q u e n c ya n dv i b r a t i o ns h a p e sw 囀 d i s t i l l e d m o r e o v e r ，t h ei n f l u e n c eo f r a t i oo f t h er i s e - s p a n ，r i g i d i t yo f s u p p o r t s ，l a t t i c e s i z ea n dt h er a t i oo fl o n g - s p a nw e f ea l g u c d s e i s m i ca n a l y s i sw a sc o m p u t e db y r e s p o n s es p e e m m am e t h o da n dt h er e s u l tw a sb i g g e rt h a nt h et i m e - h i s t o r yr e s u l t s e c o n d l y ，s u m m a t i z e dt h es t u d ys i t u a t i o no f d y n a m i cs t a b i l i t y i ns p e c i a ls t r u c t u r e ， t h ep a p e ra n a l y z e dt h ed y n a m i ct i m e - h i s t o r yc u i - v co ft h eh u g er e t i c u l a t e dk l a u c t u r eo n s t e pl o a d i n gw i 也t h em e t h o do fd y n a m i ct r a c i n ga n dj u d g es t r u c t u r e s d y n a m i c i n s t a b i l i t yw i t hs p a c ep r i n c i p l e t h i r d l y ，t h ew a v e l e tt h e o r y 啊懈i n t r o d u c e dt oc o m p o s et h ec o m p l e xl o a d i n g s i s a l sa n dh a dr e s e a r c h e dt h ep r o c e s so f i t sc a r r y i n go u ti nm 砒l a b o nt h eb a s eo f a n a l y s i s i n gt h ed y n a m i cs t a b i l i t yo ft h ec y l i n , t r i c a lh u g er e t i c u l a t e ds t r u c t u r e ，t h i s a r t i c l es u m m a r i z e dt h er e a s o na n dc h a r a c t e r i s t i co ft h em e c h a n i s mi n s t a b i l i t yo ft h e l a u g ec y l i n d r i c a lr e t i e u l a t c ds m l e t u r es y s t e m f o u r t h l y ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h ec a t a s t r o p h et h e o r ya n dd e r i v e dt h es p i r e e a t a s t r o p h em o d a lf r o mp o t e n t i a le n e r g yf u n c t i o ni nl a t t i c o ds h e l lk a - u e t u r e t h e nt h e p a p e rd i s c u s s e dt h ei n t e r i o rh 瑚渤f o rs m l e t u l eb u d d i n ga n do b t a i n e dt h e , l y a m i e i n s t a b i l i t yc r i t e r i a s o m ee o n e l u s i o mi nt h i sp a p e rw e d r a w n a n ds o m ep r o b l e m sn e e dt ob es o l v e d f u r t h e rw e r eb r o u g h to u tt o o k e y w o r d ：t h eh u g er e t i e t t l a t e ds t r u c t u r e ；d y n , m i ec h a r a c t e r g n o n l i n e , , r d y n l m i es t n b i l i t y ：w a v e l e tt l a e o r y ：c a t a s t r o p h et l a e o r y lj u d g i n g c r i t e r i o n 第i i 頁 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院工學(xué)碩士學(xué)位論文 表目錄 表2 - 1不同矢跨比下結(jié)構(gòu)的前2 0 階頻率( i z ) 7 表2 - 2不同結(jié)構(gòu)約束下的基頻1 3 表2 - 3不同網(wǎng)格大小對結(jié)構(gòu)基頻的影響1 3 表2 - 4各位置桿件動(dòng)、靜內(nèi)力及比值1 6 表4 - 5頻段號及頻率范圍表5 0 表4 - 6分解為8 個(gè)頻段后的各個(gè)子步荷載值5 l 表4 7分解為1 6 個(gè)頻段后的各個(gè)子步荷載值5 l 表4 - 8分解為4 0 個(gè)頻段后的各個(gè)子步荷載值5 l 第頁 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院工學(xué)碩士學(xué)位論文 圖目錄 圖i - - i 空間結(jié)構(gòu)按基本單元組成分類1 圖l 一2 巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)圖，2 圖2 一l 圓柱面巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)6 圖2 2 前6 0 階自振頻率分布圖7 圖2 3 前二十階振型分布圖l l 圖2 - - 4 基頻隨矢跨比的變化圖1 l 圖2 5 基頻隨荷載大小的變化圖。1 2 圖2 6 基頻隨長跨比的變化圖1 2 圖2 7 各個(gè)位置桿件示意圖1 6 圖2 8 拱向上下弦桿、腹桿的動(dòng)內(nèi)力分布圖1 7 圖2 9 選點(diǎn)布置圖2 0 圖2 一l o1 點(diǎn)x 方向位移時(shí)間曲線2 0 圖2 1 11 點(diǎn)y 方向位移時(shí)間曲線2 0 圖2 - - 1 2l 點(diǎn)z 方向位移時(shí)問曲線2 l 圖2 1 32 點(diǎn)x 方向位移時(shí)間曲線2 l 圖2 1 42 點(diǎn)y 方向位移時(shí)間曲線2 l 圖2 一1 52 點(diǎn)z 方向位移時(shí)間曲線2 l 圖2 1 63 點(diǎn)x 方向位移時(shí)間曲線2 2 圖2 1 73 點(diǎn)y 方向位移時(shí)間曲線2 2 圖2 1 83 點(diǎn)z 方向位移時(shí)間曲線2 2 圖2 1 94 點(diǎn)x 方向位移時(shí)聞曲線2 2 圖2 2 04 點(diǎn)y 方向位移時(shí)間曲線2 3 圖2 2 l4 點(diǎn)z 方向位移時(shí)間曲線2 3 圖2 2 25 點(diǎn)x 方向位移時(shí)間曲線2 3 圖2 2 35 點(diǎn)y 方向位移時(shí)間曲線2 3 圖2 2 45 點(diǎn)z 方向位移時(shí)間曲線2 4 圖2 2 56 點(diǎn)x 方向位移時(shí)問曲線2 4 圖2 2 66 點(diǎn)y 方向位移時(shí)間曲線2 4 圖2 2 76 點(diǎn)z 方向位移時(shí)間曲線2 4 圖2 2 87 點(diǎn)x 方向位移時(shí)間曲線2 5 圖2 2 97 點(diǎn)y 方向位移時(shí)間曲線2 5 第v 頁 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院工學(xué)碩士學(xué)位論文 圖2 3 07 點(diǎn)z 方向位移時(shí)間曲線2 5 圖2 3 18 點(diǎn)x 方向位移時(shí)間曲線2 5 圖2 3 28 點(diǎn)y 方向位移時(shí)間曲線2 6 圖2 3 38 點(diǎn)z 方向位移時(shí)間曲線2 6 圖2 3 4 拱向上弦軸力時(shí)間曲線2 6 圖2 3 5 拱向下弦軸力時(shí)間曲線2 6 圖2 3 6 縱向上弦軸力時(shí)問曲線2 7 圖2 3 7 縱向下弦軸力時(shí)間曲線2 7 圖2 3 8 斜桿軸力時(shí)間曲線2 7 圖2 3 9 腹桿軸力時(shí)間曲線，2 7 圖2 4 0 反應(yīng)譜法與時(shí)程分析法結(jié)果比較2 8 圖3 一l 靜力失穩(wěn)與動(dòng)力失穩(wěn)對比圖3 0 圖3 2 復(fù)雜隨機(jī)荷載3 1 圖3 3 簡單動(dòng)力荷載3 3 1 圖3 4 判別準(zhǔn)則樹狀圖3 5 圖3 5 縱向上弦支承下的節(jié)點(diǎn)位移曲線3 7 圖3 6 周邊上弦支承下的節(jié)點(diǎn)位移曲線3 8 圖3 7 不同矢跨比下的節(jié)點(diǎn)位移曲線3 8 圖3 8x 方向最大位移節(jié)點(diǎn)位移時(shí)間曲線3 9 圖3 9y 方向最大位移節(jié)點(diǎn)位移時(shí)間曲線3 9 圖3 1 0z 方向最大位移節(jié)點(diǎn)位移時(shí)間曲線4 0 圖3 1 lx 方向最大位移節(jié)點(diǎn)位移時(shí)間曲線4 0 圖3 1 2y 方向最大位移節(jié)點(diǎn)位移時(shí)問藍(lán)線4 0 圖3 1 3z 方向最大位移節(jié)點(diǎn)位移時(shí)間曲線4 l 圖4 1 原始信號4 3 圖4 2 傅立葉變換譜4 3 圖4 3 小波變換譜4 4 圖4 4e lc e n t r o ( n s ) 地震波4 9 圖4 5 轉(zhuǎn)換示意圖5 0 圖4 6 各頻段能量分配圖5 0 圖4 - - 7 歌德斯克穹頂網(wǎng)殼5 2 圖4 8 小波分解信號與原地震信號應(yīng)用對比圖5 2 圖5 - - 1 網(wǎng)殼單桿簡化模型5 7 圖5 - - 2 尖點(diǎn)突變模型圖5 8 第頁 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院工學(xué)碩士學(xué)位論文 圖5 3 能量與剛度特性6 0 圖5 4 歌德斯克穹頂網(wǎng)殼6 l 圖5 5 荷載應(yīng)變能平衡路徑曲線6 2 圖5 - - 6 節(jié)點(diǎn)1 荷載位移歷程曲線6 2 圖5 7 各桿件軸力頻響曲線6 3 圖5 8l 節(jié)點(diǎn)位移頻晌曲線6 3 圖5 9 內(nèi)桿軸力時(shí)間曲線6 4 圖5 一l o 環(huán)桿軸力時(shí)間曲線6 4 圖5 1 1 節(jié)點(diǎn)時(shí)間位移曲線6 4 第v i i 頁 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得 的研究成果盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含 其他人已經(jīng)發(fā)表和撰寫過的研究成果，也不包含為獲得國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)或其它 教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料與我一同工作的同志對本研究所做的任 何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意 學(xué)位論文題目：巨型圓整箜掬鰻拭震厘盤左筵定盈塞 學(xué)位論文作者簽名日期：2 0 0 6 年0 4 月1 8 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本人完全了解國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定本人授權(quán) 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)可以保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子 文檔，允許論文被查閱和借閱；可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù) 厙進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存匯編學(xué)位論文 ( 保密學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書。) 學(xué)位論文題目： 巨型蟹整壁蟄肇筮震霾型左筮寶盈窒 學(xué)位論文作者獬：l 雖邀趁魄2 0 0 6 年0 4 月1 8 日 作者指導(dǎo)教煒簽名：z 塹董墼日期：2 0 0 6 年0 4 月1 8 日 旦墮型蘭莖查奎蘭翌耋蘭墮三蘭堡主蘭笙蘭莖 第一章緒論 1 1 空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展及巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的提出 隨著人類生產(chǎn)的進(jìn)步和生活水平的提高，大跨度空間結(jié)構(gòu)得到了長足的進(jìn)展 尤其是十九世紀(jì)鋼材在建筑工業(yè)上廣泛應(yīng)用以來，空間結(jié)構(gòu)在體育( 場) 館、會展 中心，劇院建筑、機(jī)場候機(jī)廳等大型公共建筑物中得到了大量的應(yīng)用。文獻(xiàn) 1 以 單元的形式對當(dāng)前提出的各種空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分類( 圖1 0 1 ) ，由五種基本單元共 計(jì)構(gòu)成3 3 種結(jié)構(gòu)形式 i i i i v v 圖1 一l 空間結(jié)構(gòu)按基本單元組成分類 n + m 第1 頁 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院工學(xué)碩士學(xué)位論文 在這3 3 種結(jié)構(gòu)體系中，發(fā)展最完善、應(yīng)用最廣泛的當(dāng)屬網(wǎng)格結(jié)構(gòu)鏟網(wǎng)格 結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，與其它空間結(jié)構(gòu)形式相比，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)具有理論 研究比較成熟、幾何組成規(guī)律性比較強(qiáng)、便于施工，受力性能好等優(yōu)點(diǎn)，所以一 直備受設(shè)計(jì)師的青睞。但隨著跨度的增大，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出了很多問題，例如穩(wěn) 定性、抗震性能和抗風(fēng)性能差等，為此，學(xué)者們又在網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上研究改進(jìn) 以滿足更大跨度的要求，提出了局部雙層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、加肋網(wǎng)格結(jié)構(gòu)等形式。同時(shí)， 一種巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)也被提出來，這種結(jié)構(gòu)在工程中很少見到，早期雛形可見于日 本宇都體育館屋蓋結(jié)構(gòu)，平面尺寸為6 5 6 ( 6 5 6 m ，跨中最大高度為6 5 m 。采用 1 1 6 x1 1 6 m 的大網(wǎng)格，內(nèi)再布置正放四角錐平板網(wǎng)架子結(jié)構(gòu)，小網(wǎng)格尺寸為1 1 6 1 1 6 m ，高0 6 1 5 m 在國內(nèi)，深圳機(jī)場候機(jī)大廳即為采用類似結(jié)構(gòu)的案例。 巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系由兩級結(jié)構(gòu)組成，第一級為大網(wǎng)格骨架結(jié)構(gòu)，稱為主體結(jié) 構(gòu)，承擔(dān)整個(gè)結(jié)構(gòu)上的荷載并將其傳遞至支承結(jié)構(gòu)。它是主要構(gòu)件，布置在荷載 傳遞路線較短的位置上，若這類構(gòu)件失效，結(jié)構(gòu)則不鏈再繼續(xù)承受荷載。第二級 為普通網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，布置于主體結(jié)構(gòu)的大網(wǎng)格中，承受大網(wǎng)格范圍內(nèi)的屋面荷載并 傳遞至主體結(jié)構(gòu)，稱為子結(jié)構(gòu)它在承載方面是次要構(gòu)件，但在維護(hù)外形，傳遞 局部荷載，增強(qiáng)局部剛度等方面起著重要作用。這樣，巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)就形成了大 網(wǎng)格套小網(wǎng)格的一種結(jié)構(gòu)形式，參見圖1 0 2 所示這種結(jié)構(gòu)在外形和受力上與我 國早期提出的局部雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)螄比較相似，但存在一定的差別。局部雙層網(wǎng)殼結(jié) 構(gòu)是將雙層網(wǎng)殼中部分小內(nèi)力桿件適當(dāng)?shù)某樽?，使之成為部分單層、部分雙層的 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式。本文的巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的兩級結(jié)構(gòu)各有各自的曲面，也可以是曲面 與平面的組合。主體結(jié)構(gòu)與子結(jié)構(gòu)有一定的獨(dú)立性，既可以是網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)合， 又可以是網(wǎng)殼與網(wǎng)殼結(jié)合因此，形式可以更加靈活，應(yīng)用范圍也更加廣泛 t ) 立體 圖l 一2 巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)圖 第2 頁 里墮型蘭莖查盔蘭翌窒蘭基三蘭堡主翌笙絲莖 1 2 巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和研究意義 巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)： ( 1 )形體上；結(jié)構(gòu)分為主體結(jié)構(gòu)和子結(jié)構(gòu)。由主體結(jié)構(gòu)構(gòu)成受力骨架，其 間布置子結(jié)構(gòu)，層次分明 ( 2 )受力上：結(jié)構(gòu)傳力路線明確，子結(jié)構(gòu)一一主體結(jié)構(gòu)一一支承結(jié)構(gòu)。 ( 3 ) 自重上：同傳統(tǒng)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)相比，白重可進(jìn)一步減輕。 ( 4 )理論上：可較多的應(yīng)用現(xiàn)有的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的理論研究成果， ( 5 )旄工上：子結(jié)構(gòu)可在地面上單獨(dú)制作、甚至工廠化制作，再整體吊裝， 因此巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在施工上比傳統(tǒng)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)更加簡便。 ( 6 )功能上：這種結(jié)構(gòu)便于與智能建筑接軌予結(jié)構(gòu)形式活潑，可進(jìn)一步 做成可開合結(jié)構(gòu)等。 國內(nèi)外對這種結(jié)構(gòu)的研究比較少，到目前為止，文獻(xiàn) 3 對這種結(jié)構(gòu)的形體進(jìn) 行了分析。提出了一些合理的主體結(jié)構(gòu)和子結(jié)構(gòu)形式，包括用組合桿件作為主體 結(jié)構(gòu)的受力桿以避免單根桿件長細(xì)比過大的問題，并分析了相應(yīng)結(jié)構(gòu)的桿件構(gòu)造 還有立體交叉桁架系，混合結(jié)構(gòu)體系等，并探討了主體結(jié)構(gòu)與子結(jié)構(gòu)的連接方式。 文獻(xiàn) 4 對這種結(jié)構(gòu)的靜力問題和幾何非線性穩(wěn)定性能進(jìn)行了分析，以參數(shù)分 析的形式研究了結(jié)構(gòu)局部失穩(wěn)與結(jié)構(gòu)整體的關(guān)系，找出了不同跨度結(jié)構(gòu)在整體與 局部失穩(wěn)臨界狀態(tài)某些參數(shù)的取值規(guī)律，編制7 幾何非線性穩(wěn)定分析的程序。 目前一般采用增大結(jié)構(gòu)高度或?qū)訑?shù)的途徑來增大結(jié)構(gòu)的跨度，但這樣勢必導(dǎo) 致桿件和節(jié)點(diǎn)的增多，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，尤其是節(jié)點(diǎn)構(gòu)造更困難，用鋼量增大 文獻(xiàn) 5 對2 0 0 米跨度圓柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了雙層和三層的對比分析研究并 指出，對超大跨度網(wǎng)殼來說，再增加層數(shù)對提高結(jié)構(gòu)的整體工作性能并不明顯 通過增加層數(shù)來增加殼體跨度的方法是不合理的。也有采用加預(yù)應(yīng)力的方法，但 使用范圍有一定局限，并增加了旌加預(yù)應(yīng)力的過程。 采用本文所述的這種巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可以大大降低結(jié)構(gòu)自重，從內(nèi)部控制結(jié)構(gòu) 中力的傳遞，從而使結(jié)構(gòu)的傳力路線明晰、簡短，構(gòu)件綜合利用好，材料利用率 高。大網(wǎng)格內(nèi)填補(bǔ)的小網(wǎng)格除了承受屋面局部荷載外，還可以起到阻止主體結(jié)構(gòu) 上弦稈受壓屈蠲的作用。同時(shí)，大瞬格做成主體受力骨架后，子結(jié)構(gòu)形式靈活， 非常有利于建筑的表達(dá)。因此，對這種巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)而言，在結(jié)構(gòu)跨度要求越來 越大、建筑形體要求越來越復(fù)雜的今天，其研究目的和應(yīng)用意義是顯而易見的 巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可以說是一種新型的結(jié)構(gòu)體系，它對空間結(jié)構(gòu)向超大跨度發(fā)展、 第3 頁 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院工學(xué)碩士學(xué)位論文 節(jié)省用鋼量、豐富空間結(jié)構(gòu)體系有著非常重要的意義，由于這方面理論研究很少， 所以鮮見于工程實(shí)際中為了達(dá)到能在工程實(shí)際中廣泛應(yīng)用的目的，力學(xué)性能的 分析、一些基礎(chǔ)的理論問題研究和技術(shù)關(guān)鍵問題都必須解決 1 3 本文的主要工作 本文以圓柱面巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)為研究對象，分析結(jié)構(gòu)在地震荷載下的動(dòng)力響應(yīng)， 進(jìn)行抗震分析：分析結(jié)構(gòu)的動(dòng)力穩(wěn)定性，將小波理論應(yīng)用到隨機(jī)荷載的處理；采 用節(jié)點(diǎn)位移準(zhǔn)則對圓掛面巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力穩(wěn)定分析，根據(jù)突變理論分析動(dòng) ，力失穩(wěn)的機(jī)理。主要包括以下一些內(nèi)容： 1 、抗震分析利用子空問法計(jì)算得到頻率及相應(yīng)的振型，把握結(jié)構(gòu)的基本自 振特性，從矢跨比、結(jié)構(gòu)約束、長跨比、網(wǎng)格大小等幾個(gè)方面進(jìn)行了參數(shù)分析， 討論了它們對巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)基頻的影響利用振型分解反應(yīng)譜法和時(shí)間歷程分析 法研究結(jié)構(gòu)中各部分耔件的動(dòng)肉力分布艦律，并對二者計(jì)算的結(jié)果避行7 比較分 析，提出了一些有利于圓柱面巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)提高抗震性能的措施。 2 、將小波理論應(yīng)用于結(jié)構(gòu)動(dòng)力穩(wěn)定分析中。由于作用在結(jié)構(gòu)上的荷載常為隨 機(jī)復(fù)雜荷載，這使得動(dòng)力微分方程難于求解，因此選擇緊支撐雙正交小波基底， 使用m a t l a b 小波工具箱將隨機(jī)荷載信號按頻段分解，使復(fù)雜隨機(jī)荷載信號轉(zhuǎn)化為 若干簡單矩形脈沖荷載的組合從兩將復(fù)雜荷載下的j # 線性動(dòng)力穩(wěn)定閫題轉(zhuǎn)化為 簡單荷載下的非線性動(dòng)力穩(wěn)定問題之后結(jié)構(gòu)動(dòng)力時(shí)程分析，獲得結(jié)構(gòu)的荷載位 移曲線，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的動(dòng)力穩(wěn)定分析 ， 3 、由突變理論的基本思想，推導(dǎo)空間桿系結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)模型，闡述了失穩(wěn)的若 干特點(diǎn)，探討動(dòng)力失穩(wěn)的機(jī)理。 4 對以上的工作進(jìn)行總結(jié)和展望 第4 頁 國防科學(xué)技末大學(xué)研究生院工學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的抗震分析 2 1 引言 模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析中的重要內(nèi)容m ”，它的主要工作就是確定結(jié)構(gòu)的振 動(dòng)頻率和振型如果結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率和振型已知，那么一旦動(dòng)態(tài)荷載的頻率確定， 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就可以避開共振區(qū)或者采取減震措施以防止共振的發(fā)生。 2 1 1 模態(tài)分析基本理論 對巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)這種多自由度體系，阻尼很小，在理論分析時(shí)，可忽略阻尼 影響，同時(shí)按結(jié)構(gòu)處于線彈性考慮“”應(yīng)用哈密爾頓原理可以得出結(jié)構(gòu)的自由振 動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程 阻靜0 + 醫(yī)k 。 = o ( 2 1 ) i 竹】、k 】分別為質(zhì)量矩陣、剛度矩陣 k 、k 分別為加速度列向量、位移列向量 考慮到結(jié)構(gòu)中各受力構(gòu)件的特點(diǎn)，選擇各個(gè)杼件作為基本單元采用空問桿系 有限單元法先對扦件單元進(jìn)行分柝，可得單元?jiǎng)幎染仃?，再由單元?jiǎng)幎染仃嚰?為總剛矩陣 對動(dòng)力方程的求解，可利用固有振型組成的模態(tài)矩陣對式有耦，并根據(jù)模態(tài)矩 陣正交性進(jìn)行正規(guī)化處理，方程可變成 陋靜卜礦【肘】 妒 ( 2 2 ) 由上式可知，結(jié)構(gòu)的自振頻率和振型組成特征對對上式求廣義特征值，應(yīng) 用子空間迭代法，可得各階頻率和振型。 巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的無阻尼自由振動(dòng)方程與傳統(tǒng)網(wǎng)架相似，只是結(jié)構(gòu)質(zhì)量矩陣略 有不同。在動(dòng)力荷載作用下，巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的反應(yīng)與其自振特性密切相關(guān)， 面結(jié)構(gòu)的自振特性可由結(jié)構(gòu)在無阻尼自由振動(dòng)時(shí)的頻率及相應(yīng)的振型來表示，因 此這種多自由度體系的無阻尼振動(dòng)方程可歸結(jié)為求廣義特征值問題。在計(jì)算過程 中，由于高階振型影響很小，只需考慮低階振型，故可把求特征值問題轉(zhuǎn)變?yōu)榍?解前p 階特征值和特征向量的問題，本文采用子空間迭代法求得。 子空間迭代法是常用的特征值問題的求解方法，它的主要特點(diǎn)是利用瑞利里 第5 頁 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院工學(xué)碩士學(xué)位論文 茲變換，將高階方程投影到一個(gè)低維的予空間中，然后在子空間中求解一個(gè)低階 的廣義特征方程，并把求出的低階的特征對返回到原方程，再進(jìn)行同時(shí)逆迭代， 這樣反復(fù)迭代就可以逼進(jìn)真實(shí)解 子空間迭代法的基本求解步驟為： 設(shè)定初始迭代向量： 矢量同時(shí)逆迭代求出方程右端項(xiàng)； 形成子空間投影矩陣； 求解子空間特征對； 計(jì)算改進(jìn)后的特征向量； 迭代收斂后，利用斯圖姆序列檢查，確信是否漏根 其中初始迭代向量的選擇，直接影響到迭代的精度和次數(shù)。另外，子空問迭 代法只能求解質(zhì)量矩陣和剛度矩陣都是對稱、正定的廣義特征方程，對于存在剛 體位移和零質(zhì)量的結(jié)構(gòu)則不能處理。 2 1 2 自振特性分析 本文采用的結(jié)構(gòu)模型，如圖2 0 1 所示，縱向長度9 6 m ，拱向跨度8 0 m ，網(wǎng)格 尺寸1 2 m x1 2 m ，桿件都為圓管，拱向上弦桿采用1 8 0 1 2 ，拱向下弦1 8 0 1 0 ，其 余桿件1 8 0 8 ( 單位：硼) 。結(jié)構(gòu)承受均布靜荷載1 2 k n m 2 ，活荷載0 5k s m 2 ， 按集中質(zhì)量處理。子結(jié)構(gòu)為單層網(wǎng)殼，鉸結(jié)連接在主體結(jié)構(gòu)上。表2 一l 給出了不 同矢跨比下結(jié)構(gòu)的前2 0 階頻率。 。，1。卜 、 ， 、 ， 、 ， 、 、 、。、 圖2 1 圓柱面巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu) 第6 頁 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院工學(xué)碩士學(xué)位論文 表2 - 1不同矢跨比下結(jié)構(gòu)的前2 0 階頻率( h z ) 階數(shù)矢跨比0矢跨比l 2 0矢跨比1 1 0矢跨比1 8矢跨比1 5矢跨比1 4 l 0 2 1 4 2 7 0 5 3 7 5 4 1 8 1 4 4 1 8 5 1 21 9 5 4 5 1 7 3 7 2 20 3 2 8 1 60 6 1 1 0 71 9 5 3 7 1 8 5 1 2 2 1 0 6 21 9 2 1 1 30 8 0 1 9 20 8 3 4 7 32 3 4 2 11 8 5 1 22 5 9 9 92 5 5 5 9 40 9 2 7 9 50 9 8 1 4 82 6 5 2 21 8 5 1 22 7 6 0 12 6 2 7 6 51 0 0 3 91 1 5 0 92 6 5 9 22 5 5 0 53 4 8 2 33 5 7 6 8 61 4 7 1 21 5 12 7 9 4 72 5 5 0 54 3 1 8 54 0 6 2 2 71 7 8 1 21 7 3 1 43 0 2 4 12 5 5 0 54 4 3 4 74 1 6 7 4 81 9 5 8 8i 9 6 6 43 2 6 5 52 5 5 0 54 6 9 2 34 4 1 8 3 92 1 1 5 52 2 6 4 93 6 6 92 6 9 7 74 8 4 0 35 0 2 2 5 l o2 3 7 3 92 5 1 44 0 4 1 22 6 9 7 75 2 3 2 75 0 9 9 8 l l2 4 3 5 42 6 4 5 44 2 3 0 62 6 9 7 75 9 2 0 55 5 9 1 2 1 22 7 5 4 52 9 1 5 34 6 0 1 82 6 9 7 76 1 5 3 16 1 0 0 8 1 33 0 7 7 13 3 9 3 94 9 1 2 53 4 7 2 26 7 3 3 77 0 1 7 8 1 43 3 3 2 13 5 6 8 45 0 8 8 93 4 7 2 27 5 9 1 97 1 4 6 5 1 53 4 9 3 53 6 8 2 15 3 1 0 33 4 7 2 27 6 5 1 37 2 8 0 8 1 63 9 1 9 33 7 1 75 6 7 9 53 4 7 2 27 7 1 9 37 5 1 2 1 1 74 0 5 6 54 2 4 5 86 5 1 5 64 0 2 2 47 8 7 “7 6 6 8 7 1 84 4 “4 6 4 0 56 9 3 5 84 0 2 2 57 9 3 0 38 0 2 6 2 1 94 6 6 1 94 9 2 37 1 5 4 34 0 2 2 5 8 0 0 6 9 8 4 3 0 9 2 04 8 0 4 25 0 4 6 57 2 8 1 34 0 2 2 5 8 0 1 8 5 8 5 2 0 2 圖2 0 2 和圖2 0 3 列出了該結(jié)構(gòu)在矢跨比為1 5 ，縱向上弦三向約束情況下 的前6 0 階自振頻率和前二十階振型。 2 0 1 8 1 6 1 4 l z 1 0 8 6 4 z 0 ， _ f f 一嚴(yán)p 一 一p 一 j ，一 i _ 051 0 巧拋2 55 03 5 砷d 55 0 墨6 0 圖2 2 前6 0 階自振頻率分布圖 第7 頁 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院工學(xué)碩士學(xué)位論文 第一階振型 第三階振型 第五階振型 第二階振型 第四階振型 第六階振型 第8 頁 第七階振型 第九階振型 第十一階振型 第八階振塑 第十階振型 第十二階振型 第9 頁 第十三階振型 第十四階振型 第十五階振型 第十六階振型 第十七階振型 第十八階振型 第1 0 頁 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院工學(xué)碩士學(xué)位論文 第十九階振型第二十階振型 圖2 3 前二十階振型分布圖 從以上所列頻率和振型可以看出，圓柱面巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的自振特性具有如下 一些規(guī)律和特點(diǎn)： ( 1 ) 頻率比較密集，這與傳統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的自振特性相同由于結(jié)構(gòu)的對稱性， 有若干頻率相同。 ( 2 ) 從結(jié)構(gòu)的振型分析中可看出，巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的振型雖然可分成水平振型和 豎向振型，但豎向振型的影響明顯大于水平振型的影響。 2 1 3 參數(shù)分析 ( 1 ) 矢跨比 取結(jié)構(gòu)立體桁架梁高度2 米，縱向上弦約束，對矢跨比分別為1 2 0 、1 1 0 、 1 s 、1 5 、1 4 的基頻進(jìn)行了計(jì)算。圖2 0 4 列出了矢跨比對結(jié)構(gòu)基頻的影響圖。 從圖中可以看出，隨著矢跨比的增加，結(jié)構(gòu)的基頻先增大而后減小，在1 5 時(shí)基 頻最大。 z 5 2 藕1 5 。 o 5 0 0 0 10 20 3 矢跨比 圖2 4 基頻隨矢跨比的變化圖 第l l 頁 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院工學(xué)碩士學(xué)位論文 ( 2 ) 荷載大小 將結(jié)構(gòu)所受荷載增加若干倍，計(jì)算得到結(jié)構(gòu)的基頻隨荷載的增加而減小如 圖2 0 5 所示。 2 5 2 騷1 5 溯 1 0 5 o 0l234567 荷載倍數(shù) 圖2 5 基頻隨荷載大小的變化圖 ( 3 ) 長跨比 結(jié)構(gòu)級向長度與拱向跨度的比值為長跨比。長跨比的大小對結(jié)構(gòu)的基頻也會產(chǎn) 生一定的影響。從圖2 0 6 可知，基頻隨著長跨比的增大而略有減小。 3 z5 2 螽i 5 l 仉5 0 0o 30 6 0 9 1 2 長跨比 圖2 6 基頻隨長跨比的變化圖 ( 4 ) 約束情況 結(jié)構(gòu)邊界約束對結(jié)構(gòu)的剛度有定影響，本算例分別對結(jié)構(gòu)縱向下弦、周邊 下弦、縱向上弦、周邊上弦、縱向上下弦、周邊上下弦六種三向線位移約束情況 下結(jié)構(gòu)的基頻進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果如表2 - 2 所列。從表中可以看出，周邊約束的基 頻要高于縱向約束，上下弦同時(shí)約束的基頻高于上下弦單獨(dú)約束的基頻，而上弦 約束的基頻略小于下弦約束的基頻。說明約束的增加提高了結(jié)構(gòu)的剛度。 第1 2 頁 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院工學(xué)碩士學(xué)位論文 表2 2不同結(jié)構(gòu)約束下的基頻 約束形式縱向下弦周邊下弦縱向上弦 基頻( 吻 1 9 6 0 4 2 2 3 3 21 9 5 4 5 約束形式周邊上弦縱向上下弦 周邊上下弦 基頻( i i z ) 2 1 6 2 5 2 7 2 8 42 7 7 6 4 ( 5 ) 網(wǎng)格大小 取結(jié)構(gòu)矢跨比為1 5 ，縱向上弦三向約束，對大網(wǎng)格尺寸分別取8 8 m ，1 2 x 1 2 m ，1 6 1 6 m 。2 4 x 2 4 m ，計(jì)算不同網(wǎng)格大小的巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的基頻，表2 3 列出 了網(wǎng)格大小對結(jié)構(gòu)基頻的影響從中可以看出，隨著大網(wǎng)格尺寸的增大，結(jié)構(gòu)的 基頻隨之減小，這主要是由于主體結(jié)構(gòu)立體桁架交得稀疏，平均剛度下降所致。 因此大網(wǎng)格尺寸不宜過大 表2 3不同網(wǎng)格大小對結(jié)構(gòu)基頻的影響 l 網(wǎng)格大小 8 8 1 2 1 21 6 1 62 4 2 44 8 4 8 i 基頻( 1 i z ) 1 9 6 8 71 9 5 4 51 9 2 0 41 8 8 5 31 4 7 4 3 2 2 反應(yīng)譜抗震分析 2 2 1 反應(yīng)譜分析概述 目前，用于結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析的理論方法主要有反應(yīng)譜理論和時(shí)程分析理論 1 1 4 - 1 9 反應(yīng)譜概念首先是美國學(xué)者在2 0 世紀(jì)3 0 年代提出的，1 9 4 3 年m a b i o t 發(fā) 表的以實(shí)際地震記錄求得的加速度反應(yīng)譜標(biāo)志著反應(yīng)譜理論的正式闖世。到5 0 年 代，美國、前蘇聯(lián)和中國相繼采用反應(yīng)譜理論進(jìn)行抗震計(jì)算。反應(yīng)譜法先確定結(jié) 構(gòu)的周期和振型，再計(jì)算求出不同振型的地震作用下結(jié)構(gòu)的地震內(nèi)力，并用振型 組合法求出各構(gòu)件的最終地震內(nèi)力的影響，該法考慮了地面運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱、場地土 性質(zhì)和結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性對地震慣性力的影響，適合于線彈性結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析。 該方法用于抗震設(shè)計(jì)比較方便，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中通常采用。 反應(yīng)譜理論是目前抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)用最廣泛的理論，它有三個(gè)基本假設(shè)：第一， 結(jié)構(gòu)物的地震反應(yīng)是彈性的，可以采用疊加原理進(jìn)行振型組合。第二，建筑物基 礎(chǔ)支承處的地震振動(dòng)完全相同，且不考慮基礎(chǔ)和土的相互作用?？紤]不同場地土 和震源距離遠(yuǎn)近的影響，并按概率統(tǒng)計(jì)規(guī)律，在數(shù)百條地震波作用下，具有不同 第1 3 頁 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院工學(xué)碩士學(xué)位論文 自振頻率的單自由度體系質(zhì)點(diǎn)加速度峰值的包絡(luò)線被稱為加速度反應(yīng)譜。第三， 建筑物最不利的地震反應(yīng)為其最大的地震反應(yīng)，而與其他動(dòng)力反應(yīng)參數(shù)無關(guān) 利用反應(yīng)譜方法進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，其實(shí)質(zhì)是把動(dòng)力設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為按靜力方法 計(jì)算，在地震工程中得到了廣泛應(yīng)用“側(cè)，已成為當(dāng)今抗震設(shè)計(jì)的主導(dǎo)方法 2 2 2 反應(yīng)譜基本理論 由結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)可知，考慮阻尼作用的多自由度系統(tǒng)在地震力作用下的運(yùn)動(dòng)微分 方程為 阻】小【c 】”m ：_ 瞰1 ( 2 3 ) 其中【m 卜體1 和 c i 分別為質(zhì)量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣， 相對于地面的相對位移列矩陣 ； - 一相對速度列矩陣 ； 相對加速度列矩陣 ：g 縫面運(yùn)動(dòng)加速度列矩陣 f 磅i - a j 7 j 。j 母t f 曬i - a j r j y j i g i f z j r 噸pj 2 j t g i ( 2 4 a ) ( 2 4 b ) ( 2 4 c ) 式中，勺，勺_ ，振型、第i 質(zhì)點(diǎn)沿為j ，z 方向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值； b ，知_ ，振型、第i 質(zhì)點(diǎn)沿薯) ，：方向的相對位移； 乃，乃，乃f 振型在而) ，z 方向的振型參與系數(shù)； 當(dāng)計(jì)算水平抗震時(shí)，振型參與系數(shù)應(yīng)按下列公式計(jì)算 z 向： r：耋竺jx 1 目一 擎q j t 鉗妒z q 】= j f 協(xié)1 目一 g i ( x j i + y j i + z ) l = l 當(dāng)計(jì)算豎向抗震時(shí)，振型參與系數(shù)應(yīng)按下列公式計(jì)算 ( 2 5 a ) ( 2 s b ) 第1 4 頁 里墮翌蘭莖奎莖蘭要塞蘭些三蘭堡主蘭壘絲苧 f g iz _ 一 協(xié)1 越一 ( 2 5 c ) 6 i ( x j t + y j i + z 口) l = i 式中 卜一網(wǎng)殼節(jié)點(diǎn)數(shù) a ，一響應(yīng)于，振型自振周期的水平地震影響系數(shù)，可按規(guī)范g b5 0 0 1 1 確定。豎向地震影響系數(shù)嘞取0 6 5 a j 按照振型分解反應(yīng)譜法分析時(shí)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)桿件在水平和豎向地震作用效應(yīng)應(yīng)按 下列公式確定 ( 2 6 ) ( 2 7 ) 式中s 網(wǎng)殼桿件的最終地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)； s ，墨吩別為- ，、k 振型地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)； 戶k ，、k 振型的藕聯(lián)系數(shù)； 磊六，、j 振型的阻尼比； 厶| i 振型，與振型的自振周期比： m 計(jì)算中考慮的振型組合數(shù) 當(dāng)求出結(jié)構(gòu)在多向或單向地震作用下第_ ，振型各節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生的x , y ，：方向的最 大地震作用后，按照靜力求解的方法，可以得到結(jié)構(gòu)的位移和內(nèi)力。將各振型地 震作用下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力按。平方和開方”法進(jìn)行組合，可以得到各構(gòu)件的最 終地震內(nèi)力。 s = ( 2 8 ) s 構(gòu)件的最終地震內(nèi)力； 馬第，振型地震作用下的構(gòu)件最大內(nèi)力； 2 2 3 圓柱面巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的反應(yīng)譜分析結(jié)果 由前面結(jié)構(gòu)模態(tài)分析可知，該結(jié)構(gòu)的頻率比較密集，結(jié)構(gòu)剛度分布變化不大， 第1 5 頁 磊 唯 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院工學(xué)碩士學(xué)位論文 故在本章的反應(yīng)譜分析中，取前2 0 階振型進(jìn)行組合，以計(jì)算地震響應(yīng)引起的桿件 內(nèi)力，同時(shí)引入動(dòng)靜比說明地震內(nèi)力的大小，定義為地震響應(yīng)引起的桿件內(nèi) 力的絕對值與結(jié)構(gòu)靜內(nèi)力絕對值之比 f = i n n , l ( 2 9 ) 基本動(dòng)力參數(shù)為8 度，類場地土，第一組。采用通用有限元程序a n s y s 計(jì) 算為了便于結(jié)果的分析，選擇各個(gè)位置的代表性桿件，如圖2 0 7 所示。表2 4 給出了各位置桿件動(dòng)、靜內(nèi)力及比值。圖2 0 8 給出了榀拱向主體桁架各個(gè)桿件 的動(dòng)內(nèi)力。 圖2 7 各個(gè)位置桿件示意圖 表2 - 4各位置桿件動(dòng)、靜內(nèi)力及比值 上弦拱向上弦縱向上弦斜桿腹桿下弦拱向下弦縱向 桿件號 c ic 2c 3 c 4c 5c 6 靜內(nèi)力( k n ) 2 5 3 6 2 6 83 6 9 4 8 51 3 0 55 7 6 動(dòng)內(nèi)力( 1 【n ) 2 0 2 2 3 3 85 4 3 6 25 ，l 動(dòng)靜比 7 9 8 6 1 0 3 2 0 1 1 1 8 9 ( 注：表中所取扦件內(nèi)力為各個(gè)相應(yīng)位置桿件動(dòng)內(nèi)力最大值) 第1 6 頁 曼墮型蘭苧壟奎蘭翌窒蘭曼三蘭堡主蘭壘絲莖 圖2 8 拱向上下弦桿，腹桿的動(dòng)內(nèi)力分布圖 2 3 時(shí)程分析法抗震分析 2 3 1 基本理論 時(shí)間歷程分析法是2 0 世紀(jì)6 0 年代隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展而不斷發(fā)展起來的 一種方法“”，它是一種直接動(dòng)力法，在數(shù)學(xué)上稱為步步積分法，適用于結(jié)構(gòu)的線 性和非線性地震響應(yīng)分析該方法將結(jié)構(gòu)作為線彈性或非線性體系，直接輸入地 面地震加速度記錄，對運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行積分，從而獲得結(jié)構(gòu)系統(tǒng)各質(zhì)點(diǎn)的位移、速 度、加速度和結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力的時(shí)間變化曲線。與反應(yīng)譜分析相比，它能更加準(zhǔn)確 完整地反映出在強(qiáng)烈地震作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的全過程。但該方法計(jì)算過程復(fù)雜，工 作量較大。多數(shù)國家將它作為反應(yīng)譜的一種補(bǔ)充，只有對重要建筑或復(fù)雜結(jié)構(gòu)才 采用時(shí)間歷程分析法來計(jì)算結(jié)構(gòu)地震內(nèi)力和分析彈塑性地震反應(yīng)，從而尋找結(jié)構(gòu) 的薄弱環(huán)節(jié)和部位，判別結(jié)構(gòu)可能達(dá)到的破壞程度及是否可能倒塌。 時(shí)程分析法又稱直接逐步積分法，即對振動(dòng)方程直接用數(shù)值積分的方法在離 散化的時(shí)域上一步步積分，求出結(jié)構(gòu)的位移，進(jìn)而求出結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。該法可以適 第1 7 頁 用于結(jié)構(gòu)的線性和非線性地震響應(yīng)分析 常用的地震反應(yīng)計(jì)算的數(shù)值方法有龍格一庫塔法、線性加速度法、威爾遜0 法、 紐馬克( n e w m a r k ) 法等，這里僅對較成熟的n e