大跨屋蓋-支承結(jié)構(gòu)-地基協(xié)同工作抗震性能研究

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)通常將網(wǎng)格屋蓋與下部支承結(jié)構(gòu)作為整體，與基礎(chǔ)分開(kāi)進(jìn)行受力分析，一般將地基假定為剛性，不考慮其于結(jié)構(gòu)的相互作用。然而，由于地基的相對(duì)柔性和無(wú)限性，使得按傳統(tǒng)剛性地基假定計(jì)算的結(jié)構(gòu)靜力特性與地震響應(yīng)與結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀態(tài)存在一定的差異，尤其是地震響應(yīng)。項(xiàng)目針對(duì)大跨結(jié)構(gòu)中網(wǎng)格屋蓋與支承結(jié)構(gòu)及地基的協(xié)同工作進(jìn)行理論分析與試驗(yàn)研究，確定了土-結(jié)構(gòu)相互作用對(duì)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性和抗震性能的影響。課題研究?jī)?nèi)容涉及大跨網(wǎng)格屋蓋-支承結(jié)構(gòu)-地基協(xié)同工作精細(xì)化模型的建立、結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性、抗震性能分析和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究等內(nèi)容。項(xiàng)目的主要成果如下：（1）提出了單層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)精細(xì)化建模方法；（2）推導(dǎo)出了可用于精細(xì)化模型失效分析的材料雙向損傷本構(gòu)模型；（3）利用精細(xì)化模型研究了節(jié)點(diǎn)剛度對(duì)單層柱面網(wǎng)殼地震響應(yīng)和動(dòng)力穩(wěn)定性的影響；（4）建立了適用于大跨結(jié)構(gòu)的大跨屋蓋-支承結(jié)構(gòu)-地基協(xié)同工作抗震分析的地基和地震動(dòng)輸入模型，研究了場(chǎng)地土特性和地震動(dòng)輸入變化對(duì)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性和地震特征響應(yīng)的影響；（5）基于相似準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)和制作了網(wǎng)殼-支承結(jié)構(gòu)-地基協(xié)同工作振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并進(jìn)行了相關(guān)研究。

針對(duì)大跨結(jié)構(gòu)中網(wǎng)格屋蓋與支承結(jié)構(gòu)及地基的協(xié)同工作進(jìn)行理論分析與試驗(yàn)研究，探索適用于大跨結(jié)構(gòu)的整體抗震分析方法。研究涉及大跨網(wǎng)格屋蓋-支承結(jié)構(gòu)-地基協(xié)同工作精細(xì)化模型的建立、振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究、結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性和抗震性能分析等內(nèi)容。協(xié)同工作精細(xì)化模型研究重點(diǎn)解決結(jié)構(gòu)與地基的相互作用問(wèn)題，確定適用于大跨網(wǎng)格結(jié)構(gòu)地基的邊界條件，為結(jié)構(gòu)整體分析提供理論基礎(chǔ)；振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)圍繞試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷南嗨埔?guī)律，設(shè)計(jì)出合理的試驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑢?duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和抗震性能進(jìn)行全面測(cè)試，考察地基與結(jié)構(gòu)相互作用對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響；結(jié)合精細(xì)化模型和試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程開(kāi)展算法研究，解決協(xié)同工作計(jì)算中的收斂性與速度問(wèn)題，并基于現(xiàn)有的有限元軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，編制專用分析程序進(jìn)行參數(shù)分析，考察基礎(chǔ)土體參數(shù)、基礎(chǔ)形式、屋蓋結(jié)構(gòu)及支承結(jié)構(gòu)剛度、地震動(dòng)輸入激勵(lì)等因素對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響；最后基于參數(shù)分析，提出實(shí)用分析方法，使項(xiàng)目研究成果便于工程應(yīng)用。

大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)地震災(zāi)變機(jī)理的分析理論是當(dāng)前和今后結(jié)構(gòu)抗震研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。課題組圍繞大跨混凝土橋梁地震災(zāi)變機(jī)理和抗震性能，進(jìn)行了理論研究和試驗(yàn)驗(yàn)證。研究?jī)?nèi)容涉及：1）文獻(xiàn)分析，指出當(dāng)前大型復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)地震災(zāi)變研究手段的局限性；2）理論模型，根據(jù)大跨橋梁震害機(jī)理分析的需求，發(fā)展了基于損傷本構(gòu)理論模型的分析方法，給出了計(jì)算大型橋梁地震損傷分析的纖維梁模型；3）數(shù)值算法，發(fā)展了基于變分理論的損傷本構(gòu)算法，編制了基于大型商業(yè)軟件的二次開(kāi)發(fā)子程序；4）考慮結(jié)構(gòu)災(zāi)變過(guò)程中的多重非線性效應(yīng)（材料、幾何、損傷以及阻尼、支座等邊界非線性）；5）試驗(yàn)驗(yàn)證，根據(jù)理論研究是需要，設(shè)計(jì)了21個(gè)正方形實(shí)心和空心、矩形空心截面橋墩模型，進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)研究，關(guān)于試驗(yàn)過(guò)程的數(shù)值模擬顯示，給出的理論模型是合理的。 2100433B