大跨空间网架机库结构多维地震响应分析与减震控制研究

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近20年来,很多国内外飞机库工程采用大跨空间网架的结构型式。采用空间网架结构的机库与一般大跨度网架结构相比,有其自身的结构特点:它们的跨度特别大,单跨达150~175m,节点、杆件数量多;为方便飞机进出库,机库类结构一般设计成屋盖部分三边支承、一边大门下部敞开的型式,这造成结构沿长向的刚度与质量分布不规则。因此机库类网架结构的分析模型、动力特性和抗震性能要比一般四边支承的大跨度网架结构更加复杂,给其抗震和减震研究也提出了许多新的课题。 本文以北京首都机场六机位飞机维修库-A380机库为研究对象,依据空间杆系整体有限元模型,依次研究了结构的动力特性、多遇弹性抗震分析、罕遇弹塑性抗震分析、多维弹性抗震分析,进而研究了该类机库结构采用消能支撑进行减震的可行性,并就消能支撑的型式、参数以及位置进行了分析。 本文主要工作和成果如下: (1)依据空间杆系精细有限元模型,采用里兹向量法系统地研究了机库类大跨网架结构的动力特性。在此基础上进行了A380机库多遇地震动下的弹性地震响应分析,给出X、Y和Z三方向多遇地震作用下屋盖网架结构各部分杆件的地震响应分布规律,得出机库类大跨网架结构水平向地震作用响应和竖向地震作用响应处于同一量级的结论。 (2)进行了A380机库罕遇地震作用下的弹塑性地震响应分析,给出了机库屋盖结构的出铰顺序与内力重分布过程,分析了大跨空间网架机库结构屋盖部分的薄弱环节和下部柱破坏对上部网架结构塑性发展过程的影响。 (3)分别采用SRSS法、百分比法和规范法对A380机库在X、Y和Z三方向地震动分别作用下的响应进行组合,并与三维地震动联合输入下结构地震响应的结果进行比较,探讨适用于不同地震响应的多维地震动响应组合方法。同时研究了针对超大跨机库结构的最不利三维地震动输入角度。在此基础上提出了适合大跨机库类网架结构的二维水平地震动作用下的地震响应的反应谱计算方法。 (4)进行了大跨机库采用粘滞消能支撑的减震可行性分析。研究了将消能支撑布置于机库柱间时支撑刚度对减振效果的影响,进而对粘滞流体阻尼器的阻尼系数进行了优化分析。针对机库结构自身特点,提出在柱与网架下弦节点之间布置小八字粘滞消能支撑的减振方案,并对小八字粘滞消能支撑的布置位置进行优化分析,给出了该减振方案的最优布置方法,并验证了上述两种减震布置方案对A380机库所具有的良好的减震效果。
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