1 绪论
1.1 选题背景及研究意义
近十年来，由于国内经济增长迅速，为了配套国民生活以及工业生产的需要，大跨度钢桁架结构越来越多的出现在新设计建造的建筑工程中。钢桁架结构的平面布置与其他传统结构类型相较，平面以及空间布置与应用更加灵活，结构受力也可以结合建筑实际应用情况设计得更为合理，在大、中跨度屋盖结构的设计中，钢桁架结构的灵活性更加明显[1]。因此，现今的大型展会会场、机库、候车或候机大厅都大量应用了钢桁架结构设计。
钢桁架结构的杆件之间互相支撑，同时互相制约，使得钢桁架的整体性更好，刚度更大，在抗震性能上有较大优势，同时也能降低地基沉降对建筑带来的损伤，同时，在钢桁架的可承受条件内，钢桁架杆件之间会自动调节杆件之间的内力分布，避免应力过度集中于某一杆件区域带来结构安全隐患。钢桁架结构可以采用常见的有限元分析软件进行建模，采用通用的有限元理论进行分析，便利的计算机计算条件给钢桁架结构的发展提供了巨大便利[2]。
在我国工业生产中，火力发电厂大量采用空冷系统作为主流节水工艺，而空冷系统的承重平台也是大跨度钢桁架结构的一种。直接空冷工艺（Driect Air Cooled Condenser）中蒸汽的冷凝在封闭空间中即可完成，避免了水雾蒸发、飘滴和污染等主要问题，同时蒸汽在冷凝过程中也不存在水资源损失，同时不存在局部环境的污染问题[3]。
直接空冷工艺直接将汽轮机喷出的蒸汽通过大口径蒸汽管推送到暴露在室外的空冷凝汽系统上的各个单元管束上的蒸汽管，再从管束从上向下移动，管束下部的大功率风机产生的冷却空气会与管束内的蒸汽进行热交换，使蒸汽冷凝为液态水，再被泵送回汽轮机，达到循环利用的目的。
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1.2 共同作用理论研究历史及现状
1.2.1 国外理论研究发展与现状
共同作用的定义早期出现于高层建筑和基础地基共同作用，将上部高层建筑、基础和地基视为整体，同时满足上部结构、基础地基在接触时接触部位的变形协调条件[9]。上部结构-地基基础共同作用理论的研究的起点最早可以追溯到 1936 年 Reissner 提出的共同作用理论，Reissner 通过 Lamb 解积分对圆形刚性基础板在竖向荷载作用下的震动特性进行的研究分析，成为上部结构-地基基础共同作用的理论基础。Meyerhof 博士于 1947 年首次提出“上部结构-地基-基础共同作用”这一理论名称，并且在 1953 年推算出框架等效刚度的估算方法和公式。Lysme 等在 1966 年对基础采用竖向谐振分析，从而发表了集中参数法，该理论能够很好地解决结构主体与土体场共同作用的研究问题，这种方法被沿用至今。Parmelee 等在 1969 年首次把上部结构与地基基础相互偶联体系，同时初步提出了一种早期结构-土体动力下共同作用的计算模型。1986 年，J.S.Przecmieeniecki 提出了子结构法，Perumalswami 与 Chopra 又于 1969 年在子结构法的基础上提出了动力子结构法，M.J.Haddadi 在 1971 年以子结构法为基础，分析了地基基础和上部结构的静力共同作用。这些理论的提出为结构-土体共同作用的研究提供了大量有力的理论方法和理论基础。1987 年学术界在法国巴黎召开了“土与结构物共同作用的国际会议”，展现了学术界对结构-基础共同作用越来越高的关注。伴随着计算机技术的发展，在结构与土体共同作用的分析方法上，相继出现了有限元法、边界法和混合法等方法，并且，理论研究已开始从二维分析进入三维分析阶段，共同作用理论的研究也不仅仅是纯理论的推算和研究，发展出了结合实验模型、实际工程监测等理论与试验相结合的研究方法。
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2 基于空冷结构的共同作用常用理论简述
2.1 动力作用下结构共同作用过程
包括空冷系统在内的大跨度钢桁架结构，上部结构在共同作用中的作用研究分析和结构优化已有不少有效的研究结论，而上部结构在共同作用分析中所采用的理论与地基基础对共同作用研究的理论有所不同，但二者所采用的理论分析依据又存在部分共同点，我们可以分为上部结构、基础、地基对共同作用的研究理论分别进行阐述。
上部结构-基础-地基动力相互作用是指：地震震源所产生的地震波以结构周围土体场为传播媒体传播输入到结构体系内，是结构自身发生振动，结构自身振动时产生的水平位移或沉降又会对周围土体场产生影响，导致土体场出现应力场和位移场产生变化，土体场产生的变化又反作用于结构，使结构产生二次应力和二次变形，这样一个动态的随时间不断进行的结构与土体场相互影响的过程，即为上部结构-基础-地基的动力相互作用[11]。
在一般实际工程建筑中，通常在结构建成以后的一段时间内，结构会存在较小的沉降现象，而对于空冷结构在内的大跨度钢桁架结构通常伴随着基础的不均匀沉降和挠曲，而上部结构对这种基础影响的抵抗能力称为上部结构刚度，或整体刚度，整体刚度分为两种理想情况：绝对刚性状态和绝对柔性状态[12]。上部结构为绝对刚性状态下，基础处于均匀下沉状态，结构边缘的柱体存在微弱弯曲；上部为绝对柔性状态下，上部结构各个节点跟随垂直方向下部柱体的竖向位移进行变化，上部结构对下部柱体位移不存在约束作用，基础同样存在弯曲，但同时上部结构也存在很大弯曲变形，当结构受到水平作用时，上部结构伴随基础共同产生变形，上部结构顶端位移最大。
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2.2 共同作用研究所主要采用的分析方法简介
2.2.1 理论主要研究方法
上部结构与地基基础共同作用定义简述为三者作为一个整体考虑，同时要满足三者连接部位的变形协调条件，以达到静力平衡的要求[15]（分析地基基础时，考虑上部结构刚度贡献；分析上部结构时，考虑基础地基对上部结构的次应力影响）。而根据以上共同作用定义的简述，按照这种计算要求对结构进行真实条件下的研究分析工作量非常复杂，计算量庞大，因此，在计算研究结果趋于真实工况的前提下，对共同作用研究采用的理论研究方法的选择就有了要求和限制。国内外对共同作用的研究分析主要分为理论分析法和试验方法。
a. 解析法
解析法主要分为弹性地基梁法、弹性连续体法及动力文克尔地基梁法，动力文克尔法目前是应用最为广泛的解析方法,弹性地基梁法中，弹性梁采用了文克尔模型，该模型将基础下部土体场假设为无穷多个独立的弹簧，不考虑土体在空间内的相互作用，列出地基梁的平衡微分方程：
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3.1 ABAQUS 软件介绍.................................... 25
3.2 有限元标准模型的建立..............................25
4 共同作用中不同参数对线性时程分析结构内力、位移的影响...........................37
4.1 时程分析中参数的选用................................37
4.1.1 地震波的选用.................................37
4.1.2 提取内力、位移的节点选取...................................38
5 不同参数对时程分析结构内力、位移的非线性研究计算..............................53
5.1 非线性时程分析基本原理.......................................53
5.2 标准模型非线性地震响应分析..................................54
5 不同参数对时程分析结构内力、位移的非线性研究计算
5.1 非线性时程分析基本原理
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6 结论与展望
6.1 结论
本文对空冷体系共同作用下的抗震性能影响进行研究，建立基于实际工程数据的标准模型和改变单一参数的对比模型，进行模态分析、线性时程分析以非线性时程分析，得出以下结论：
(1) 标准模型中的中心区域柱体受到上部等刚度钢桁架模型的影响要比边柱大很多，上部等刚度钢桁架模型对中心柱网在空间内的约束导致中心柱网的应力应变全面小于边缘柱网，因此在地震作用影响下要更注意边柱的震坏情况。
(2) 标准模型中同一行列的承重柱，中心部位的柱体变形要比两边的柱体要小，这也是因为上部等刚度钢桁架整体对承重柱内力、位移的影响。
(3) 在标准模型的模态分析中，上部等刚度钢桁架构件模型悬挑部分出现很明显的竖向变形，这种变形不仅会对钢桁架自身弦杆的应力应变产生很大不利影响，也会对边柱产生较大的次应力以及二次变形影响，特别是角柱位置，由于角柱承受着 X 向与 Y 向两部分的变形影响，这种悬挑变形对角柱应力应变产生的影响不可忽略，需要重视这种地震作用中次应力应变带来的二次破坏。
(4) 将对比模型与标准模型对比，在地震作用影响中改变承重柱参数增强其刚度时，柱体吸收地震波能量的能力增强，由于抵抗变形能力增强，柱底剪力会增加，也就是说柱底弯矩会增加；改变土体参数即改变土体刚度时，土体抵抗地震破坏防止土颗粒因振动出现结构整体位移重组的能力增大，土体刚度较大时，其土颗粒自身抗震性能就很良好，同时其在空间内的整体性更好，导致地震波对土体作用时土体内部破坏减小，其承担结构传递下的荷载时更加稳定，间接地削弱了地震波传递在结构上的能量，对结构的保护刚好。
参考文献（略）