行波效应对大跨度空间结构随机地震响应的影响
行波效应对大跨度空间结构随机地震响应的影响

世纪优秀人才支持计划 ( N CET- 06- 0229 ) 作者简介: 丁 阳 ( 1966 ) , 女, 教授, 博士, 主要从事钢结构与空间结构设计理论与工程应用研究. E-m ai:l dingyang@ tju. edu. cn
本文将采用虚拟激励法, 重点讨论结构地震峰值响应随地面视波速变化的规律和行波效应对结构地震 响应的影响。首先, 对一个双支座单自由度体系进行研究, 分析内力功率谱及内力峰值随地震波视波速变化 的规律, 研究行波效应的作用机理。然后将所得结论推广到多地面支撑点、多自由度体系。最后针对一实际 大型空间网壳结构在不同地震视波速下随机地震响应, 进一步讨论行波效应对结构地震响应的影响规律。
中图 分类号: P315196; TU 311
文献标志码: A
Influence of w ave travelling effect on random seism ic responses of long-span spatial structures
D ING Y ang, ZHANG Jiw e,i L I Zhongx ian
( 2)
式中: Sii ( X ) 和 Sjj ( X ) 分别是第 i 个支撑点和 j 个支撑点地面加速度自功率谱密度函数; i 是单 位复数;
Qij ( X, dij ) 表示两个地面支撑点处地震动振幅之间的比例关系, 本文考虑完全相干的 情况, 即 Qij ( X,
考虑行波效应的某大跨桥梁地震响应分析

考虑行波效应的某大跨桥梁地震响应分析孙黄胜;刘华;时凌云【摘要】在一致激励和非一致激励作用下分别计算了某大跨度桥梁结构的地震响应,对比分析了桥梁结构的位移反应、杆件内力和桥墩处剪力,分析了行波效应对大跨度结构反应的影响程度.同时分析了在不同行波速度下行波效应的影响程度.结果表明,当考虑地震行波效应时,桥梁结构部分节点位移反应增大;桥墩处斜撑杆件轴力增大,部分杆件内力基本不变;全部桥墩的总地震剪力减小,但各桥墩处剪力均有所增大.当考虑不同波速影响时,随着地震波速增加,节点的相对位移减小,各桥墩基底剪力和部分杆件内力减小,但均比一致激励时大.【期刊名称】《山东科技大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】8页(P51-58)【关键词】行波效应;模态分析;时程分析;桥梁;地震响应【作者】孙黄胜;刘华;时凌云【作者单位】山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室,山东青岛266590;山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室,山东青岛266590;青岛理工大学工程质量检测鉴定中心,山东青岛266033【正文语种】中文【中图分类】TU328大量地震记录表明,地震时地表各处的振动不同,即使相距仅几十米,振动的幅值、相位与频谱特征也不尽相同[1]。
由于地震地面运动是一复杂的时间-空间过程,地震波在其传播过程中具有的行波效应、局部场地效应和部分相干效应等使其传到地表的各点地面振动不完全相同,使结构反应变得复杂[2,3]。
随着结构跨度的增大,地震动的变异对结构的影响不可忽视。
已有研究表明:对于大跨度空间结构,地震动的行波效应影响显著[4-6]。
因此,在对大跨度空间结构进行抗震分析时应考虑地震动的行波效应。
闫晓宇等[7]通过地震模拟振动台阵试验,对一致激励、行波激励和局部场地效应等对刚构桥地震响应进行了研究,结果表明,行波效应对该大跨刚构连续桥梁的无控制地震反应、半主动控制地震反应和减震效果均有显著影响。
大跨桥梁结构地震动空间效应的影响研究

大跨桥梁结构地震动空间效应的影响研究摘要:本文通过总结国内外对大跨桥梁结构地震动反应分析方法,分析了大跨桥梁的多点激励和行波效应问题,为同类桥梁设计提供参考。
关键词:地震动,空间效应,反应谱,动态时程分析;1、多点激励及行波效应地震反应分析方法考虑随时间和空间变化的地震动场多点激励时,大跨桥梁结构的地震反应分析方法可以分为两大类:一类是以地震地面运动为确定过程的确定性分析方法,主要包括反应谱法和动态时程分析法;一类是以地震地面运动为随机过程的概率性分析方法,主要是指随机振动法。
(1)反应谱法反应谱法使用简便,工程应用广泛,是当前各国规范首推的抗震设计方法。
反应谱法是基于一致地震激励下单质点系统的线弹性分析而建立的。
由于大跨桥梁较强的空间耦合效应以及目前长周期反应谱方面存在的问题,加上地震地面运动的时空变化特征难以模拟等因素,反应谱法有时会产生很大的误差。
如何改进现有的反应谱法使其适用于多点激励下的大跨桥梁地震反应分析,许多学者基于随机理论提出了改进的反应谱方法,如Yamamura和Tanaka的分组法、Berrah和Kausel的修正系数法DerKiureghian和Neuenhofer的MSRS法、Heredia-Zavoni和Vammarake的组合法等。
刘洪兵、朱唏提出了一种简化的基于单个模态振子振动特性的多支承激励反应法,并对芜湖长江大桥主航道斜拉桥在多支承地震激励下的地震响应进行了研究。
王淑波博士也基于虚拟激励原理提出了HOC系列反应谱组合方法来考虑一致激励、行波输入以及任意相干激励等多种地震输入情况,并认为该系列方法能近似考虑结构的非平稳振动效应。
(2)动态时程分析法动态时程分析法主要依据确定的地震加速度时程求出结构的反应,是公认的精细分析方法。
该方法在计算上能很好地解决多点输入问题,可以近似考虑基础.土—结构相互作用、非线性、非比例阻尼等问题,可以分析结构在地震作用下弹性和非弹性阶段的内力变化以及构件逐步开裂、损坏的全过程。
大跨度结构地震响应研究

大跨度结构地震响应研究摘要:根据结构体型复杂、跨度大、各层结构体系不同的特点,本文结合呼和浩特东客运站通过对站房大跨度结构进行多维多点地震动响应分析,归纳行波效应下结构相应的特点,总结了行波效应对于结构动力性能的影响,为结构设计提供指导。
关键词:大跨结构多维地震多点输入根据建筑功能设计的要求,一系列形式多样、跨度规模大、体型体系复杂的结构越来越多,呼和浩特东客运站主站房结构各层结构体系不同,楼面结构为预应力梁与普通RC楼板结构,而屋盖结构为拱形钢梁和双层球网壳等结构体系的组合;结构体系和材料的不同使结构的阻尼比也不同等,给传统结构设计提出了挑战。
大跨空间结构得到了越来越多应用的同时,对其动力性能也提出了更高的要求。
由于地震波速度一般为每秒几百米至几千米,同时震源也可能不止一个点,而大跨空间结构的跨度较大,各支座间的距离较远,这样就容易导致结构各支座点的地震响应并不一致,存在着空间和时间上的差异。
因此,研究考虑地震动空间变化特性对大跨空间结构的影响具有重要的理论意义和工程应用价值。
1 工程概况呼和浩特东客运站房选址于呼和浩特市主城区东侧京包线上,该站由主站房和站台雨蓬组成,站台雨蓬与主站房之间设伸缩缝兼抗震缝分开。
站房平面尺寸大约为183.500m×315.366m,主要的柱网尺寸有:15.588m×27m、31.177m×27m、62.354×27m(屋面)。
主站房主要分为三层:地面层为出站厅、出站广场及配套设施、设备用房;结构如图1所示。
站房屋面为由切割球形形成曲面和斜面组成,屋盖不设缝。
主要标高分别为20m、21.8m、25.1m、27.8m、31.4m、33.4m和44.9m。
屋盖结构为直径81m的球面钢结构屋盖,中心有一直径12m的开口,沿屋盖径向按圆心角7.5°的间距设置腹板开洞的拱形钢梁,钢梁的上下翼缘为箱形截面,腹板为钢板。
沿环向在拱形钢梁之间布置钢管支撑(与钢梁刚接连接)且每隔圆心角60°另设置斜向支撑。
行波效应对大跨越输电塔-线体系纵向地震响应影响

W IQ —e L h n —a g E i , I eg l n k Z i
( o eeo Cv n i eig C og i nvrt, hnqn 0 0 5 C ia C l g f il g er , hnqn U i sy C og ig 04 , hn ) l iE n n g ei 4
Ab t a t Be a e o g o ra d l n —p n o ta h g o tg o g s a r n miso o rc b e s se ,i sr c : c us fhih t we n o g s a faul — ih v la el n —p n ta s s in twe — a l y t m r t i o no g ny t o sd r s imi e p n e f t e s se u de h u iom e ct t n. Ba e n h sa ls e s n te u h o l o c n i e es c r s o s s o h y t m n r t e nf r x iai o s d o t e e t b ih d p e ie 3 in t ee nt rcs D f ie l me mo e o h u ta h g ot g l n -p n r n miso twe — a l s se , t e o iu i a d l f t e lr — ih v l e o g s a ta s s in o rc b e y tm a h lngt d n l s imi e p n e ha a trsi so h y t m r t did u e r v l v x i t n a d c mp r d wi h s n r e s c r s o s s c r c e tc ft e s se we e su e nd rta e i wa e e ct i n o a e t to e u de i ng ao h u f r e c tto sn h g o ti n n i e r d na c i itr n e r to t o . Th e u t s o d t t t e ni m x iain u i g t e e merc o ln a y mi t o me h so y i t ga in meh d e r s ls h we ha h ta ei g wa e e ctto a n r a e,o c e s h es c r s n e ft r n miso o r r v ln v x iai n c n i c e s rde r a e t e s imi e po s so ta s s in twe ,wh c sma n yr l td he i h i i l ea e t h p a e i e e c o t e h s df r n e; t e fe t f r v ln v o t ln ’ iplc me t e p n e i o v o i t e e tc l f h ef c o ta ei g wa e n he i eS s a e n r s o s s s b ius n h v ria d d r c in,b tisef c n t i eSa i lf r e i o in f a t ie t o u t fe to he ln ’ xa o c sn tsg i c n . i
行波效应对大跨度斜拉桥地震反应的影响

行波效应对大跨度斜拉桥地震反应的影响方诗圣;康小方;王建国;王伟【期刊名称】《桥梁建设》【年(卷),期】2013(043)001【摘要】To study the seismic response characteristics and the influence of traveling wave effect on the seismic response of long-span cable-stayed bridge, a cable-stayed bridge of the same kind was cited as an example and in accordance with the fundamental principle of D Alembert, the dynamic time-history method was used to calculate the dynamic displacement and internal forces of the structure. Two seismic waves with different spectrum characteristics were selected and in consideration of the influence of different apparent wave velocity on the seismic response of the long span cable-stayed bridge, the influence of the traveling wave effect on the seismic response of the bridge was particularly studied and was compared to the results of the seismic response of uniform excitation. The results of the study indicate that with the increase of the apparent wave velocity, the seismic response values of the internal forces of the pylon footings, the displacement of the pylon tops and the internal forces of the pier footings have significant changes and the values tend to approach the seismic response of uniform excitation. The traveling effect has significant influence on the axial force of the main girder and on the shear force of a pylon in the longitudinal direction of the bridge. In thecase of the same acceleration peak value (0. 40g) of the seismic wave, when the different apparent wave velocity are inputted, the seismic response of the structure has differences owing to the different frequency spectrum characteristics of the various waves.%为研究大跨度斜拉桥地震反应特性及行波效应对其影响,以某大跨度斜拉桥为例,依据D'Alembert基本原理,采用动态时程法计算结构动力位移和内力.选用2条不同频谱特性地震波,考虑不同视波速对大跨度斜拉桥地震反应的影响,重点研究行波效应对大跨度斜拉桥的地震反应影响,并与一致激励地震反应结果进行比较.结果表明:随着视波速的增大,各桥塔塔底内力、塔顶位移以及墩底内力的地震响应值有显著变化且趋近于一致激励地震响应;行波效应对主梁顺桥向轴力和塔顺桥向剪力有显著影响;在地震波加速度峰值(0.40g)相同的情况下,由于各条波之间频谱特性的不同,不同视波速输入下结构的地震反应存在一定的差异.【总页数】7页(P23-29)【作者】方诗圣;康小方;王建国;王伟【作者单位】合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】U448.27【相关文献】1.行波效应对大跨度斜拉桥地震反应的影响 [J], 杨剑;赵金钢2.行波效应对预应力混凝土曲线箱梁桥地震反应的影响 [J], 方诗圣;章晓晖;方飞;洪刚;康小方3.行波效应对高墩长联波形钢腹板PC刚构桥地震反应的影响 [J], 梅继洲;徐林4.行波效应对大跨上承式铁路钢桁拱桥地震反应的影响 [J], 张永亮;王云;虞庐松;陈兴冲;刘正楠5.行波效应对公轨两用独塔单索面钢桁梁斜拉桥地震反应影响分析 [J], 曾勇;曾渝茼;谭宇杰;邱周;余浩因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
大跨度空间结构考虑行波效应的地震动随机响应分析

即认为结构所有支座 同时受到相同的地震 地面波作
用 。这 个假 定相 当于 认 为 地 震 波 波 长 远 远 大 于结 构 的平面 尺寸 , 而结构 各支 座所 受 到 的 同一地 震 波 的 从
不均匀场地中地震波的反射和折射, 以及从一个大的
震 源 区域 的不 同位 置 传 到不 同支 座 的地震 波 叠加 方 式不 同 , 各支 座所 受 的地震 激 励 并 不完 全 相 干 ; ) ( 局 3 部 场地效 应 。不 同支承处 的场地 条件 不 同 , 它们 影 响
s i c r s o s s o v es e p n e a f e—s a s c ni u u ii —f me r s s n me ia l i ltd u d r t v l g wa e e e t -c mp r d w t mi f i p n o t o sr d l n g a d b i e i u r l y smu a e n e r ei v f c s o a e i a c a n h
有 的结 构抗震 设计 规 范及 分析方 法都 提 出 了挑 战 。
我 国现行 抗 震设计 规 范是基 于一 致输 入 假 定 的 ,
虑以下三种空间效应 : ) ( 行波效应 。由于地震波传播 1
速度 是有 限值 , 当结 构 支 座 之 间 距 离很 大 时 , 必须 考 虑其 到 达各支 座 的时 间不 同 ; ) 相 干效应 。 由于 ( 部分 2
跨 海大 桥 、 型会议 中心等 正被 设 计建 造 出来 。怎样 大
构有较大不同。由于大跨度空 间结构具有 较大的平 面尺寸 , 因此在做抗震分析时, 了确保计算结果 与 为
真实 地震 反应 之 间的误差 不致 过 大 , 一般 认为 应该 考
行波效应对大跨度多塔斜拉桥地震反应影响

一 —
类 : 一类是 以地 震 地 面 运 动 为确 定 过 程 的确 定 性 分
析方法 , 主要包括 反应谱 法 和动 态 时程 分析 法 ; 一类 是
以地震地 面运 动 为 随机 过 程 的概 率 性 分 析 方 法 , 要 主
是 指随机振 动法 。概率性 地 震反 应分 析 方法 是 建立 在 地 面各点地 震 动 统计 特 征 的基 础 上 , 已知 支 承 各 点 在
乏C e g e J 1
[ K s ]
() 2
相对 于惯性 参照 系的 各节 位 移 可 以表示 为 如下
两 部分之 和 :
1 基 本 理 论 与模 型
() 3 考虑 随时 间 和空 间变 化 的 地震 动 场 多点 激 励 时 , 大跨 桥 梁 结 构 的 地 震 反 应 分 析 方 法 可 以 分 为 两 大 将式( ) 3 代入式 ( ) 展 开可 以得到 : 2 , ( + )+c ( + )+ ( + )=
脚标 S 表示 结构 的 自由度 , 脚标 g表示 基础 与结构相 接 触 的 自由度 , ( )可改 写成如下 的分块 形式 : 式 1
s s
本文 以一座 大跨 多塔 斜 拉 桥工 程 设 计 实 例 , 用 动 态 采
时程 分析法 , 析 了行 波 效 应对 大跨 度 多 塔 斜 拉 桥 地 分 震反 应的影 响 , 并探 讨 了塔 、 纵 向 固定 约束 及 塔 、 梁 梁 纵 向活动两 种 约束 方 式 的情 况 下 , 波 效 应 对 多 塔斜 行 拉桥地 震反 应 的影 响 , 进 一 步研 究 多 塔 斜 拉 桥 的结 为 构抗震性 能 打下 了基础 。
振 第2 9卷第 l O期
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1 考虑行波效应的多点随机地震动模型
选用 C lough和 P enzien建议的修正过滤白噪声模型 [ 9] , 他们给出的地面加速度功率谱密度函数为:
Sb ( X)
=
( X2g
X4g -
+ X2
4F2g X2g X2 ) 2 + 4F2g X2g
X2
#
( X2f -
X4 X2 ) 2 +
4F2f X2f X2S0
Abstract: T he influence o fw ave trave lling e ffect on random seism ic responses of long-span spatial structures is studied in detai,l wh ich m ay further com plete the theo ry o f random se ism ic ana lysis fo r long-span spatial structures. T he analytical expression o f the pow er spectrum density functions of seism ic responses o f an SDOF system w ith tw o supports is derived. The variat ion law o f the peak response o f the system w ith different frequencies w ith the ground apparent w ave ve loc ity is invest igated. T he characterist ic o f the pow er spectrum density m atrix o f se ism ic responses o f an MDOF system w ith m ultip le supports is ana lyzed. It is found that the variation law of the se ism ic responses o f the M DOF system w ith ground apparent w ave velocities is sim ilar to that of the SDOF system. T he random se ism ic responses of the ret icu lated she ll structure o f a gym nasium a t different ground apparent w ave velocities are num erically sim ulated. The results show that when considering the w ave travelling effect o f g round m otion, the seism ic responses vary significantly w ith the variation of the ground apparen t w ave ve loc ities, and the variat ion law is very com pl-i ca ted when the apparen t w ave velocity is low. T he seism ic responses of the m embers near the supports m ore influenced by the pseudo-static d isp lacem ents are obv iously increased. And the seism ic responses o f the m em bers far from the supports less influenced by the pseudo-static disp lacem ents are slightly reduced. Som e conclusions are
中图 分类号: P315196; TU 311
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Influence of w ave travelling effect on random seism ic responses of long-span spatial structures
D ING Y ang, ZHANG Jiw e,i L I Zhongx ian
不同 频率体系的响应峰值随地面视波速的变化规律, 分析 了多支撑点、多自由度体系的地震响应功率 谱矩 阵的特点, 发现多自由度体系地震响应随地 面视波速的 变化规律与 单自由度 体系相似。 数值模 拟了 某体育馆网壳结构在不同地面视 波速情 况下的 随机地震 响应, 结果 表明, 考虑 地震 动行波 效应
引言
行波效应是大跨度 结构抗震分析 不可忽略的影 响因素, 很多学者 对行波效 应的影响 规律进行 了研 究 [ 1~ 8] 。文献 [ 2] 对不同跨度的几个空间网格结构进行了竖向和水平方向不同地面视波速的地震响应计 算, 综合分析了不同跨度下杆件内力、危险杆件的数量, 粗略估计了在竖向与水平地震作用下可以不考虑空 间相关性的结构最小跨度。文献 [ 4, 5] 首先对一个具有两个地面支撑的单自由度体系进行了行波效应的影 响计算, 分析了地震视波速对体系峰值响应的影响, 并讨论了动态相对位移和拟静位移分量对体系峰值响应 的贡献。然后对一实际悬索桥采用不同地震波视波速进行了随机地震响应分析。文献 [ 6] 对一些小型网壳 结构在不同地面视波速地震激励下的响应进行了分析。由于所计算的结构跨度不是很大, 因此行波效应的 影响并不明显。文献 [ 7] 对一系列的标准正方形平板网格模型分别采用时程分析和随机振动虚拟激励法分 析了不同跨度的网格模型在不同视波速的行波激励下的地震响应, 并与一致激励下的地震响应进行了对比。 文献 [ 8] 对一个大跨度空间结构采用不同地震视波速进行了随机地震响应分析, 计算了采用不同视波速时 不同位置杆件的响应变化规律。从现有的研究来看, 行波效应对大跨度结构地震响应的影响是复杂的, 尤其 是地面视波速较小、结构跨度较大的情况, 而且同一结构同一地震荷载下, 不同位置结构构件的响应受行波 效应的影响也有很大差别。因此, 仅仅对比具体结构在不同地面视波速情况下的响应值很难发现行波效应 影响结构地震响应的一般性规律, 必须从行波效应的作用机理入手进行深入细致的研究。
第 28卷 第 1期 2008年 2月
地震工程与工程振动
JOURNAL OF EARTHQUAKE ENG IN EER ING AND ENG INEER ING V IBRAT ION
文章编号: 1000-1301( 2008) 01- 0024- 08
V o.l 28 N o. 1 F eb. 2008
( 2)
式中: Sii ( X ) 和 Sjj ( X ) 分别是第 i 个支撑点和 j 个支撑点地面加速度自功率谱密度函数; i 是单 位复数;
Qij ( X, dij ) 表示两个地面支撑点处地震动振幅之间的比例关系, 本文考虑完全相干的 情况, 即 Qi 张笈玮, 李忠献
( 1. 天津大学 建筑工程学院, 天津 300072; 2. 天津市土木工程结构及新材料重点实验室, 天津 300072)
摘要 : 深入研究了行波效应对大跨度空间结构随机地震响 应的影响, 进一步完善了大跨度空间结构随 机地 震响应分析理论。推导了双支座、单自由度体系地震响应功率 谱密度函数的解析表达式, 研究了
后, 结构地震响应随地面视波速的变化而显著变化, 当视 波速较低时 其变化规律 很复杂; 且支 撑点附
近、受拟静力位移影响较大的部分杆件的地震响应 明显增大, 远离支 撑点处、受拟静力 位移影 响较小 的部 分杆件的地震响应稍有减小。由此得出结论, 对于大跨度空间 结构的随机地震响应分析, 必须考 虑地 震动的行波效应, 尤其当受拟静力位移影响较大的部 分杆件对结构抗震设计起控制作用时; 且应 对可 能出现的地面视波速进行全面分析, 作为结构抗震设 计依据。 关键 词: 大跨度空间结构; 随机地震响应; 行波效应; 多点输入; 虚拟激励法
( 1. School of C ivil Eng ineering, T ian jin U n iversity, T ian jin 300072, Ch ina; 2. T ian jin M un icipal K ey Lab oratory for C ivil Engin eering Stru ctures and N ew M aterials, T ian jin 300072, C h ina)
( 1)
式中: S0 为谱强度因子; Fg 、Xg 分别为地基土的阻尼比和卓越频率。Ff 、Xf 两参数的配合可模拟地震动低频
能量的变化。
假设结构有 N 个地面支撑, 则第 i个和第 j个地面支撑点处地震地面加速度 u&i ( t) 和 u&j ( t ) 的互功率谱 密度函数可表达为 [ 3]
Sij ( X) = Qij ( X ) exp[ iHij ( X ) ] Sii ( X) Sjj ( X )
收稿日期: 2007- 04- 18; 修订日期: 2007- 07- 20 基金项目: 国家杰出青年科学基金 ( 50425824) ; 国家自然科学基金面 上项目 ( 50578109) 和重大研 究计划重 点项目 ( 90715034 ); 教育部新
世纪优秀人才支持计划 ( N CET- 06- 0229 ) 作者简介: 丁 阳 ( 1966 ) , 女, 教授, 博士, 主要从事钢结构与空间结构设计理论与工程应用研究. E-m ai:l dingyang@ tju. edu. cn
第 1期
丁 阳等: 行波效应对大跨度空间结构随机地震响应的影响