發(fā)布時間：2021-09-30 20:57

　　為了研究大型復雜結(jié)構(gòu)動力自由度縮減問題,提出基于子結(jié)構(gòu)模態(tài)的動力自由度縮減綜合法。首先根據(jù)混合試驗原理將整體結(jié)構(gòu)動靜自由度進行分離,分別形成了靜力子結(jié)構(gòu)與動力子結(jié)構(gòu)。靜力子結(jié)構(gòu)根據(jù)原型結(jié)構(gòu)進行靜力分析,以保留靜力自由度的復雜性。動力子結(jié)構(gòu)則結(jié)合模態(tài)綜合法,將整體結(jié)構(gòu)拆分為若干子結(jié)構(gòu),對子結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析,保留少數(shù)低階模態(tài),縮減子結(jié)構(gòu)的質(zhì)量形成凝聚點,并將模態(tài)信息傳遞到凝聚點。根據(jù)邊界協(xié)調(diào)條件合成動力簡化模型,將靜力子結(jié)構(gòu)與動力簡化模型融合為抗震混合試驗模型,并對某10層框架結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析。研究表明:本文提出的動力自由度縮減綜合法,能夠很好地表現(xiàn)原型結(jié)構(gòu)的動力特性,在縮減動力自由度的同時保留了結(jié)構(gòu)的復雜性,避免過度簡化。 

【文章來源】：工程抗震與加固改造. 2020,42(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

結(jié)構(gòu)動靜自由度分離協(xié)調(diào)示意圖

由圖2可知，首先，將組合后的子結(jié)構(gòu)模態(tài)信息同原型結(jié)構(gòu)模態(tài)分析結(jié)果進行對比，證明應(yīng)用該方法建立的子結(jié)構(gòu)模態(tài)分析模型的有效性。如圖2所示，若不吻合，則根據(jù)固定界面模態(tài)綜合法對動力子結(jié)構(gòu)模型及各子結(jié)構(gòu)的邊界條件進行修改，確保有限元模型準確無誤，能很好重現(xiàn)原型結(jié)構(gòu)動力特性。其次，將子結(jié)構(gòu)模態(tài)分析所得的簡化后質(zhì)量矩陣MN、剛度矩陣KN與靜力分析解得的初始質(zhì)量矩陣M、剛度矩陣K進行對比，證明應(yīng)用該方法獲得的動力簡化模型的質(zhì)量、剛度分布與原型結(jié)構(gòu)保持一致。最后，根據(jù)MATLAB的eig矩陣運算函數(shù)編譯結(jié)構(gòu)模態(tài)分析協(xié)調(diào)程序，將各凝聚點的模態(tài)信息輸入到該程序中形成動力簡化模型的運動方程，求解獲得簡化模型的模態(tài)信息。通過將原型結(jié)構(gòu)的模態(tài)信息同動力簡化模型的模態(tài)信息進行對比，以判斷動力簡化模型是否有效。若吻合程度較好，則表明動力簡化模型具有較好的準確性;若不吻合，則根據(jù)原型結(jié)構(gòu)的初始剛度、質(zhì)量矩陣等對動力簡化模型進行修改，以確保動力簡化模型能較好的體現(xiàn)原型結(jié)構(gòu)的動力特性。此外，根據(jù)混合試驗原理，由靜力模型提供恢復力信息，動力模型求解運動方程，并對動力模型和靜力模型進行力-位移交互，從而形成動力簡化的抗震混合試驗系統(tǒng)，并以此進行大型結(jié)構(gòu)的抗震性能分析。

為了驗證本文所述動力自由度縮減法的有效性及精確性，采用圖3所示的典型高層框架結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)的動力特性。該結(jié)構(gòu)X方向長18 m,Y方向?qū)?8 m，結(jié)構(gòu)整體高40 m�？蚣芙Y(jié)構(gòu)共10層，在X、Y方向均為3跨，跨長均為6 m。柱截面尺寸均為400mm×400mm，梁截面尺寸均為300mm×600mm，板厚為100 mm。本框架結(jié)構(gòu)采用Q235型號的鋼材，質(zhì)量密度為7.85g/cm3，彈性模量為190GPa，泊松比為0.3，屈服應(yīng)力為235MPa。采用ABAQUS軟件進行有限元分析，建立精確的整體結(jié)構(gòu)模型并劃分出大量的計算單元，從而體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的復雜程度。為了在靜力分析時獲得各樓層的恢復力信息，在原型結(jié)構(gòu)外部建立參考點，并保持與對應(yīng)框架節(jié)點的耦合連接。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]多跨連續(xù)梁橋多子結(jié)構(gòu)協(xié)同混合試驗方法研究[J]. 楊劍峰,田石柱.  振動與沖擊. 2019(15)
[2]某超高層辦公塔樓抗震分析與設(shè)計[J]. 張旭東,潘浩浩,王佳妮.  工程抗震與加固改造. 2018(05)
[3]基于單柱子結(jié)構(gòu)模型的型鋼混凝土異形柱框架抗震性能混合試驗研究[J]. 蔡新江,賈紅星,鞏牧華,田石柱.  建筑結(jié)構(gòu)學報. 2017(04)
[4]基于界面單元的子結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)技術(shù)[J]. 江浩然,王濤,周惠蒙,羅清宇.  工程力學. 2017(01)
[5]基于節(jié)點力插值的自由子結(jié)構(gòu)界面自由度縮減方法[J]. 樓夢麟,唐玉.  同濟大學學報(自然科學版). 2015(05)
[6]復雜結(jié)構(gòu)動力模型降階方法研究[J]. 王文勝.  力學與實踐. 2015(02)
[7]采用多種有限元子結(jié)構(gòu)的混合試驗系統(tǒng)[J]. 杜雨峰,王濤.  防災減災工程學報. 2014(03)
[8]基于局部插值的結(jié)構(gòu)動力模型降階方法[J]. 鄧佳東,程耿東.  力學學報. 2012(02)
[9]含超單元連接子結(jié)構(gòu)的自由界面模態(tài)綜合法[J]. 盧凱良,邱惠清,毛飛.  同濟大學學報(自然科學版). 2010(08)
[10]框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的靜力彈塑性分析研究[J]. 繆志偉,葉列平,陸新征.  工程抗震與加固改造. 2008(06)

博士論文
[1]面向大型復雜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)抗震混合試驗方法研究[D]. 賈紅星.哈爾濱工業(yè)大學 2017



本文編號：3416626