65m射电望远镜天线地震安全性分析

　　引　言

　　上海65 m射电望远镜天线是目前我国拟建口径最大、精度最高的大型全可动天线,其座架为轮轨式方位俯仰结构,反射面为赋型卡塞格伦双反射面结构。

　　众所周知,“5·12”汶川大地震给我们国家带来了巨大的人员伤亡和经济损失,同时也表明,只有严格按照规范设计、施工的建筑,才可以有效地保护人民的生命财产安全。65 m天线属于重大建设工程,同时也是上海地标性建筑,因此应进行地震安全性分析。

　　地震安全性分析属于高级结构动力学和地震工程学交叉学科范畴,该类分析已广泛应用于建筑上,但有关大型反射面天线的地震安全性分析文献可谓是凤毛麟角。本文旨在通过对65m天线的地震安全性分析,进行这方面的尝试。

　　1　地震动力学分析法———Wilson-θ法

　　65 m天线采用空间桁架结构,由众多杆件按一定规律布置组合而成,属于一种空间杆系结构,具有空间对称性、便于安装运输等优点。对该类大型结构,其地震安全性分析采用时程分析法。所谓时程分析法是指输入随时间变化的地震波,通过对响应方程求解,得出结构随时程变化的响应曲线。

　　时程分析法是一种数值积分法,可通过多种算法求解响应方程,如中点加速度法、W ilson-θ法、New-mark-β法、Runge-Kutta法等。由于W lison-θ法克服了条件稳定问题,因此在工程上较常用。

　　1.1　基本思路与假设

　　该法的基本思路是在微小的时间段中采用线性加速度假设,并引入参数θ(θ>1),在θΔt步长中进行增量分析,而后经线性内插求出Δt时的反映增量,作为下一步的初始条件。

　　基本假设为:

　　1)在每一个时间步长θΔt内,质点加速度反映按线性变化,如图2所示。

　　2　地震仿真计算

　　65 m射电望远镜天线重量约为3 000 t,高度达70 m。对这样一个庞然大物,不可能通过试验来验证抗震的安全性,只能通过理论计算来校核,因此,在进行理论分析时分别进行了地震时天线的时程分析和天线对基础的作用力分析。

　　2.1　有限元模型组成和单元类型

　　天线的有限元模型主要包括梁单元、板单元、质量元、弹簧元及关系耦合单元等。主要材料为铝合金和碳钢。型材类型为无缝圆钢管、矩形钢管、钢板等。分析对象为天线整体结构,包括主反射面、主反射器背架结构及面板调整机构、副反射面支撑调整机构、馈源支撑及旋转结构、俯仰齿轮及其与背架的连接结构、方位转动结构等。图3为65 m射电望远镜天线的计算模型。

　　2.2　地震的时程分析