侯芳園

【摘 要】現(xiàn)如今隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，大跨空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。但由于大跨空間結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的復(fù)雜， 因此如何提升大跨空間結(jié)構(gòu)的抗震可靠性和經(jīng)濟(jì)適用性，一直是學(xué)術(shù)界和工程界非常關(guān)注的問題。所以發(fā)展和完善大跨空間結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)方法是十分重要的。基于大跨空間結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的基礎(chǔ)，一般采用振型分解反應(yīng)譜法。

【關(guān)鍵詞】大跨空間結(jié)構(gòu)；地震反應(yīng)分析；振型分解法

一、 引言

大跨空間結(jié)構(gòu)在體育性建筑、紀(jì)念性建筑、文化性建筑等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。而且大跨空間建筑具備重要的社會(huì)、政治、經(jīng)濟(jì)功能，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，經(jīng)常作為受災(zāi)群眾的臨時(shí)安置點(diǎn)和救助場(chǎng)所，所以保證大跨空間建筑在地震發(fā)生后的結(jié)構(gòu)安全性和使用功能的連續(xù)性具有極其重要的意義。

二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

因此大跨結(jié)構(gòu)的抗震分析具有極其重要的作用，1959 年，Housner 基于反應(yīng)譜理論給出第一條設(shè)計(jì)譜，此后，采用振型疊加反應(yīng)譜方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)分析成為結(jié)構(gòu)抗震分析的主導(dǎo)方法。對(duì)于多高層建筑而言，一般運(yùn)用質(zhì)量參與系數(shù)累積量判斷所考慮的振型數(shù)量是否達(dá)到要求。而對(duì)于頻率密集的大跨度空間結(jié)構(gòu)質(zhì)量參與系數(shù)準(zhǔn)則并不完全適用[1]。怎樣選擇結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)主振型，才能有效縮減振型數(shù)量，成為空間結(jié)構(gòu)應(yīng)用振型分解法時(shí)需要謹(jǐn)慎處理的重要環(huán)節(jié).同時(shí)，使用振型分解反應(yīng)譜方法分析大跨度空間結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)時(shí)，還需要考慮諸如多點(diǎn)輸入效應(yīng)、設(shè)計(jì)反應(yīng)譜適用性等一些比較復(fù)雜的問題。

大跨度空間結(jié)構(gòu)在多點(diǎn)地震輸入下的力學(xué)機(jī)理，國外眾多學(xué)者對(duì)此方面的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、研究方法等做了大量的工作，也得出很多的重要結(jié)論。60年代Bonganoff，等人首先進(jìn)行了行波效應(yīng)對(duì)大跨度結(jié)構(gòu)的研究。之后，Dibaj等[2]分析行波激勵(lì)下土壩反應(yīng)影響推導(dǎo)了多點(diǎn)輸入的運(yùn)動(dòng)方程。Protti[3]研究了地震輸入由于距離和頻率的變化對(duì)于地震反應(yīng)的影響。Har Cinadran[4]等川利用相干函數(shù)模型對(duì)一架懸索橋和兩架拱橋進(jìn)行分析，同時(shí)與僅考慮行波效應(yīng)和一致輸入效應(yīng)進(jìn)行分析，其結(jié)果表明一致地震輸入的結(jié)果是難以接受的。Soyluk，Dumnagolu[5]對(duì)韓國Jindo的大橋進(jìn)行行波分析和隨機(jī)振動(dòng)分析，結(jié)果表明視波速對(duì)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)影響很大，一致輸入的隨機(jī)分析方法可能低估了結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。

王前信、伍國馴等[6]根據(jù)海城地震和龍陵地震的記錄計(jì)算了拱式結(jié)構(gòu)對(duì)地震多點(diǎn)輸入的響應(yīng)。結(jié)果表明，多點(diǎn)輸入較一致輸入可能給出大很多的結(jié)果。項(xiàng)海帆[7]以天津永和橋?yàn)檠芯繉?duì)象，討論了相位差效應(yīng)對(duì)斜拉橋飄浮方案地震反應(yīng)的影。結(jié)果表明，相位差效應(yīng)對(duì)斜拉橋是有利的。陳幼平同樣以永和橋?yàn)閷?shí)例，采用三維空間模型，分析結(jié)果同文獻(xiàn)[7]的分析結(jié)果存在較人差異。其分析結(jié)果認(rèn)為行波效應(yīng)可能使斜拉橋地震反應(yīng)顯著增大。劉吉柱[8]以遼寧大洋河為工程背景，研究結(jié)果表明考慮行波效應(yīng)時(shí)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)增加很多。陳厚群、侯順載等[9]對(duì)東江雙曲拱壩進(jìn)行實(shí)際地震紀(jì)錄作為自由場(chǎng)的輸入，給出拱壩在多點(diǎn)激勵(lì)下的計(jì)算結(jié)果。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)大跨空間結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制研究主要集中在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)上，然而，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)雖然都是大跨度空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，兩者動(dòng)力反應(yīng)特征是否相同、地震反應(yīng)等問題都需要進(jìn)一步研究，不過已有的網(wǎng)殼研究成果對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制研究還是有著比較大的啟發(fā)意義。國內(nèi)外對(duì)于大跨空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制研究主要包括以下三個(gè)方面[10]：

（一）下部結(jié)構(gòu)加設(shè)阻尼器

在柱間支撐的位置加設(shè)阻尼器。對(duì)于大跨網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，由于層高和跨度較大，地震時(shí)其柱頂和柱底的相對(duì)變形比較大，這時(shí)可利用支撐間的阻尼器起耗能作用。

（二）設(shè)置耗能減震支座

這是一種非常有效的減震隔震措施。在網(wǎng)殼的柱頂間設(shè)置隔減震裝置，這種支座在減小外部激勵(lì)的同時(shí)也能耗散振動(dòng)能量。由于構(gòu)造簡單、耗能效果好，也應(yīng)用于結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔減震上。

（三）屋蓋結(jié)構(gòu)的耗能減震

此種方法是在網(wǎng)殼桿件中設(shè)置阻尼器或者將耗能桿件替一般桿件來耗能減震。一般來說網(wǎng)殼桿件在地震激勵(lì)下變形不是很大，耗能效果具有一定的局限性。同時(shí)，對(duì)于不同的激勵(lì)，網(wǎng)殼桿件的受力和變形情況不盡相同，為使加設(shè)的阻尼器能有效地減小各種地震激勵(lì)，加設(shè)位置的優(yōu)化和分析是非常必要的，且具有一定的難度。

三、總結(jié)

在抗震設(shè)計(jì)性能的設(shè)計(jì)下，適用于大跨度空間結(jié)構(gòu)性能化抗震設(shè)計(jì)的地震反應(yīng)分析方法有待發(fā)展。在抗震設(shè)計(jì)背景下，大跨度空間結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析方法仍然是研究的熱門方向。國內(nèi)外學(xué)者和工程設(shè)計(jì)人員在現(xiàn)有計(jì)算手段的基礎(chǔ)上，已經(jīng)對(duì)空間結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的特點(diǎn)和規(guī)律有了一定的了解和掌握，有很多學(xué)者還將應(yīng)用較多且較為成熟的結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析方法進(jìn)行綜合分析，在此基礎(chǔ)上研究發(fā)展出新的求解方法。但現(xiàn)有的計(jì)算分析手段和設(shè)計(jì)方法仍滯后于工程實(shí)際應(yīng)用需要，進(jìn)一步發(fā)展簡單高效的大跨度空間結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析方法仍然很有必要。

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