基于哈密顿体系的框剪结构动力时程分析

本文采用框剪结构的并联铁摩辛柯梁模型,从结构总势能出发,求得框剪结构非连续化假定下协同分析的哈密顿对偶体系,由两端边值问题精细积分法中的区段混合能矩阵推导出结构的层单元刚度矩阵,利用有限元刚度集成法形成总刚矩阵;然后采用初值问题的精细积分法对框剪结构进行动力时程分析,并采用Matlab编制相应的程序。以某10层框剪结构为例,验证了本文方法的可靠性与可行性,本方法也适用于其它高层建筑结构如框架、剪力墙、筒中筒等结构。     

ANALYSIS OF TIME HISTORY RESPONSES OF STRUCTURES DURING EARTHQUAKES BASED ON WILSON -0 PRECISE INTEGRATION METHOD

将精细积分法与Wilson-θ法结合起来求解结构动力方程,提出了Wilson-θ精细积分法,并应用于结构的地震时程反应分析中。该方法通过引入Wilson-θ法的基本假设,对结构动力微分方程进行降阶,然后再应用精细积分法和牛顿-柯特斯公式进行逐步积分,这样既降低了矩阵的阶数又避免了矩阵的求逆。最后,给出若干算例,计算结果表明,该方法对于地震作用具有较好的适应性,且精度好,效率高,可以在工程中推广应用。     

基于Wilson-θ精细积分法的结构地震时程反应分析

将精细积分法与Wilson-θ法结合起来求解结构动力方程,提出了Wilson-θ精细积分法,并应用于结构的地震时程反应分析中。该方法通过引入Wilson-θ法的基本假设,对结构动力微分方程进行降阶,然后再应用精细积分法和牛顿-柯特斯公式进行逐步积分,这样既降低了矩阵的阶数又避免了矩阵的求逆。最后,给出若干算例,计算结果表明,该方法对于地震作用具有较好的适应性,且精度好,效率高,可以在工程中推广应用。     

混凝土房屋钢结构加层抗震分析

对原钢筋混凝土结构进行钢结构加层后就组合成了由2种不同阻尼比的材料组成的混合结构,构成了非比例阻尼的结构体系.文中采用平面弹塑性时程分析软件NDAS2D,对钢筋混凝土框架顶部加2层钢框架的结构进行考虑非比例阻尼特性的弹性时程直接动力分析,并在此基础上讨论了不同阻尼比和不同刚度对整体框架抗震性能的影响.计算表明,"鞭梢效应"是由于钢框架刚度和阻尼突然减小2个原因引起的,忽略其中任何一个都不能准确计算结构的位移和内力,从而给设计带来安全隐患.     

大规模建筑结构非线性显式动力分析的振型阻尼实现

为保证结构大震非线性显式动力时程分析和小震反应谱分析阻尼模型的一致性,提出了三种阻尼模型(振型阻尼、振型阻尼结合刚度阻尼、振型阻尼结合质量阻尼)的显式积分格式,并从显式求解精度、稳定性以及对高阶振型放大响应的抑制作用的角度对三种振型阻尼模型进行了分析。采用PKPM-SAUSAGE软件,通过某实际工程算例的小震反应谱计算结果和采用三种振型阻尼的显式动力时程计算结果的对比,分析了高阶振型放大响应对结构动力分析的影响以及三种振型阻尼对高阶振型放大响应的抑制作用,结果表明振型阻尼结合质量阻尼综合效果较好。     

结构动力分析的柯特斯精细积分法

利用指数矩阵的精细算法及精度较高的柯特斯积分方法,并将二者结合,形成柯特斯精细积分法.文中推导了该方法的计算过程,讨论了该方法的稳定性.该方法运用柯特斯积分方法求解精细积分法中的向量积分,不仅避免了矩阵求逆和实际工程中逆矩阵不存在的问题,方便算法的编程,保证了算法在大型实际结构工程中的应用,而且无需对非齐次项进行数学拟合.该方法的精度取决于柯特斯积分的精度.算例结果表明,柯特斯精细积分法具有较高的可靠性,能较好地适应结构的动力反应分析.     

建筑结构动力时程响应分析与计算的新方法

基于状态空间理论分析与计算结构动力时程响应问题,根据结构动力学方程,引入结构系统的状态变量,建立结构动力时程响应分析的状态方程,并给出非齐次状态方程的解。对于求解矩阵指数函数有多种解法,着重介绍了凯莱哈密尔顿法、状态空间迭代法和精细积分法。对结构动力时程响应问题按三种解法分别建立了计算格式,并编制了相应计算程序。给出若干数值算例,其计算结果表明,状态空间法分析计算结构动力时程响应精度好、效率高,是一种非常有效的方法。     

粘滞阻尼墙在框架剪力墙结构中的应用与设计

某医疗建筑病房楼采用的结构体系为附加粘滞阻尼墙的混凝土框架–剪力墙结构.采用动力弹塑性时程分析法能够准确模拟附加粘滞阻尼墙元件的混凝土框架–剪力墙结构的动力响应.基于粘滞阻尼墙的非线性特性,在多遇地震作用下,以考虑附加阻尼比的反应谱法进行结构设计,在罕遇地震作用下采用弹塑性时程分析的方法评估结构的抗震性能.结果表明,采用粘滞阻尼墙,主体结构地震反应降低,抗震性能显著提高.     

设置速度相关型阻尼器减震结构非线性时程分析

对应杆系 层动力分析模型 ,推导了速度相关型阻尼器的单元刚度矩阵和单元阻尼矩阵 ,并在HBTA程序中实现对设置速度相关型阻尼器减震结构的非线性时程分析 ,对一个设置线性粘滞阻尼器的钢框架模型 ,用HBTA对其进行地震反应时程分析 ,并与SAP2 0 0 0软件的计算结果进行对比。最后 ,用HBTA计算一个设置粘弹性阻尼器的钢筋混凝土结构在罕遇地震影响下的非线性时程反应 ,并比较了粘弹性阻尼器的不同计算模型对减震效果的影响     

阻尼模型对混合结构地震耗能分析的影响

本文采用14条地震波对3个不同阻尼模型下的钢框架-钢筋混凝土剪力墙混合结构进行动力时程分析,以了解不同阻尼模型对结构耗能分析的影响,结果表明：阻尼模型的选取对结构总输入能的计算影响不大,但对于滞回耗能在总输入能中所占比例（滞回耗能比）有很大影响。采用刚度比例和瑞雷阻尼模型进行地震耗能分析获得的滞回耗能比随结构自振周期的增大而减小,但质量比例阻尼模型的计算结果受结构周期影响不大;采用刚度比例阻尼模型计算获得的结构滞回耗能比与采用瑞雷阻尼模型相近,随着结构自振周期的增大,瑞雷阻尼模型会略大于刚度比例阻尼模型;采用质量比例阻尼模型计算获得的结构滞回耗能比最大,随着地震波峰值速度与峰值加速度比值（V／A）的增大,刚度比例和瑞雷阻尼模型的计算结果会与质量比例阻尼模型趋于一致。     

Dynamic analysis of non-planar coupled shear walls with stiffening beams using Continuous Connection Method

In this paper, the dynamic analysis of non-planar non-symmetrical coupled shear walls on a rigid foundation has been considered. The analysis deals with coupled shear walls having a finite number of stiffening beams, whose properties vary from region to region along the height. In the analysis, Continuous Connection Method (CCM) and Vlasov׳s theory of thin-walled beams are employed to find the stiffness matrix of the structure. The system mass matrix has been found in the form of lumped masses at the heights where the unit forces have been applied. Following the free vibration analysis, uncoupled stiffness, damping and mass matrices have been found employing the mode superposition method. A time-history analysis has been carried out using Newmark numerical integration method to find the system displacement vector for every time step. Finally, a computer program has been prepared in Fortran language and an asymmetrical example has been solved. The results have been verified via comparisons with those of the SAP2000 structural analysis program using frame method and a perfect match has been observed.     

刚性连体位置对非对称双塔连体结构动力可靠度的影响

考虑地震动的非平稳性,变化连体位置,对非对称双塔连体结构运用虚拟激励法进行非平稳随机激励下的动力可靠度研究。采用刚度退化的 Bouc-Wen 模型模拟塔楼各楼层的滞变特性,建立非线性化动力方程。运用混合精细积分法对每一时刻的响应进行求解,得到连体位置变化时非对称连体结构在非平稳随机激励下的时变方差。基于首次超越破坏准则与 Markov 假定,研究非平稳随机地震激励下连体结构的动力可靠度。运用上述理论,在8度罕遇地震作用下对某非对称双塔连体结构进行随机地震响应与动力可靠度分析。研究结果表明,地震作用下结构的层间位移响应呈现强烈的非平稳性,变化连体位置对连体结构的随机地震响应与动力可靠度将产生显著影响。     

大型地下洞室三维弹塑性损伤动力有限元分析

采用动力时程分析法研究地下洞室地震响应特性。根据运动学动力平衡方程,以Newmark直接积分法为基础,结合三维弹塑性损伤有限元理论,编写动力时程计算程序。采用塑性附加荷载、损伤附加荷载思想考虑单元塑性及损伤情况,每时步计算对单元损伤状态进行继承,反映损伤不可逆性。采用增量变塑性刚度迭代法,求解非线性动力方程。计算结果表明,该方法一般3步内收敛,计算快,精度高。阐述大型地下洞室动力响应时程分析中,模型边界条件的设置方法及动荷载的输入方式。通过对渔子溪大型水电站地下厂房洞室群的模拟计算表明,该程序计算速度较其他商业程序速度快,计算结果合理,准确,可以应用于地下工程动力时程分析。     

节点刚度对单层网壳动力性能的影响

节点刚度不仅影响网壳的静力性能,对网壳的动力性能也有一定的影响.为认识其对网壳动力性能的影响规律,本文应用ANSYS中的Matrix27单元建立节点刚度单元模型,研究了节点刚度变化时网壳动力性能的相应变化.采用动力时程分析法研究了不同节点刚度对网壳地震响应的影响.计算结果表明,节点的轴向刚度和弯曲刚度对网壳的自振特性和地震响应均有一定的影响,实际工程中考虑节点刚度的影响能更准确地反映结构真实性能.     

结构参数小幅变化后桥梁固有模态修正的矩阵摄动法

桥梁设计阶段构件参数的改变、施工阶段体系的转换和施工误差、使用过程中的磨损、损伤都会直接造成桥梁质量阵、刚度阵的改变,其动力特性也随之改变。遇到结构参数频繁小幅变化的情形,用经典的方法获得其动力特性就需要多次求解广义特征问题,这对于大型复杂结构来说是非常麻烦和费时的。提出应用矩阵摄动法来求解桥梁结构改变后的固有模态。用ANSYS对某悬索桥进行自由振动分析,然后以从分析结果中提取出的频率、刚度阵、质量阵及振型数据为基础,采用矩阵摄动法对结构参数小幅度调整后的固有模态进行相应的计算,并将所得结果与结构修改后的有限元计算结果进行比较。结果表明本文所提出的应用矩阵摄动法修正固有模态的方法是有效的、可靠并且省时的,便于工程应用。     

基于能量变分剪切效应空间梁单元刚度矩阵及荷载列阵推导

为了系统研究空间梁单元考虑剪切变形影响时的刚度矩阵及荷载列阵,将能量变分原理应用于空间梁的单元分析。建立了考虑剪切效应的空间梁单元位移函数,利用最小势能原理导出了这种空间梁单元的刚度矩阵和荷载列阵的表达式,显式积分得到单元刚度矩阵,同时计算了平面内部分非节点荷载作用下的等效节点荷载,修正了相关文献中的部分错误。计算结果表明:该方法所得到的单元刚度矩阵与相关文献中其他方法的计算结果完全一致,为编制空间巨型结构的有限元程序奠定基础,对推算其他类型单元刚度矩阵及其荷载列阵也具有理论意义和应用价值。     

基于群论的预应力结构广义特征值分析

由于常规自振分析方法未能充分利用结构的固有对称性,当结构自由度增加时,计算消耗显著提升。本文基于群论方法,提出一种分析对称型预应力结构动力特性的高效方法。首先,结合一致质量矩阵及切线刚度矩阵建立了预应力结构的广义特征方程,并考虑初始预应力对结构的影响,以求解结构的自振频率及振型。随后,建立对称坐标系,将刚度矩阵及质量矩阵分解为一系列分块对角化矩阵。由于各分块子矩阵相互独立,广义特征值问题的求解难度显著降低,从而能高效求解结构的自振频率及相应振型。数值算例阐明了所提出方法的基本计算过程及显著优势。与有限元结果及常规方法所得结果比较后可知,基于群论的对称方法准确、高效。     

RC框架-剪力墙结构的框架地震层剪力分配

我国《建筑抗震设计规范》与《高层建筑混凝土结构技术规程》关于框架-剪力墙结构地震层剪力分配的规定是依据设计经验提出来的,并没有考虑框架与剪力墙各自抗侧刚度比值的影响,因而较为笼统,明显欠缺合理性。连续化分析方法中框架-剪力墙结构的刚度特征值是表征框架-剪力墙受力和变形的重要指标。本文采用静力弹塑性分析（Pushover）方法和动力弹塑性时程分析方法对刚度特征值为1.0～4.5的8栋框架-剪力墙结构进行了全过程研究,得到了多遇、基本和罕遇地震作用下不同刚度特征值的框剪结构楼层剪力分配,以及罕遇地震下剪力墙刚度退化对楼层剪力分配的影响,并给出了框架层剪力分配公式供设计参考。