基于狀態(tài)空間法的鋼框架結(jié)構(gòu)力學(xué)分析.pdf

1、中國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)和鋼結(jié)構(gòu)建筑業(yè)隨著近年來(lái)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展獲得了快速的發(fā)展，與鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展日新月異。鋼結(jié)構(gòu)體系憑借其強(qiáng)大的綜合優(yōu)勢(shì)正逐步取代傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)。一方面，鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、抗震性強(qiáng)、自重輕、施工期短的特點(diǎn)，另一方面，其空間利用率高、對(duì)環(huán)境污染小、可塑性強(qiáng)的特點(diǎn)也迎合了現(xiàn)代社會(huì)環(huán)保、綠色的發(fā)展的新理念。從而在鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展中，有必要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)力學(xué)性能進(jìn)行研究分析。
　　本文采用狀態(tài)空間法針對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)的力學(xué)

2、性能進(jìn)行研究。在靜力問(wèn)題上，考慮結(jié)構(gòu)樓板的剪切變形并采用分段連續(xù)化的簡(jiǎn)化計(jì)算模型，以結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移為未知變量建立平衡方程，依據(jù)狀態(tài)空間理論選取合適的狀態(tài)變量，建立了相應(yīng)的狀態(tài)方程，再結(jié)合已知的邊界條件求解出狀態(tài)傳遞矩陣并求得鋼框架結(jié)構(gòu)任一高度處剪力與側(cè)移的狀態(tài)空間解。在動(dòng)力問(wèn)題上，計(jì)算模型采用層模型，根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程，取結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的速度與位移為狀態(tài)變量，建立了鋼框架結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的狀態(tài)方程，通過(guò)應(yīng)用凱萊-哈密頓定理化的方法求解矩陣指數(shù)函數(shù)

3、，求出其結(jié)構(gòu)動(dòng)力問(wèn)題的狀態(tài)空間解。同時(shí)考慮地震作用，選取EL-Centro site地震波，計(jì)算鋼框架結(jié)構(gòu)在該地震條件下的動(dòng)力響應(yīng)。最后，通過(guò)給出具體的數(shù)值仿真算例，將本文推導(dǎo)出的理論公式借助Matlab數(shù)學(xué)編程軟件進(jìn)行輔助計(jì)算，得到鋼框架結(jié)構(gòu)在水平均布荷載作用下的剪力與側(cè)移數(shù)值;鋼框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的自振頻率、最大層位移以及樓層位移響應(yīng)量，并且將本文方法求得的理論數(shù)值結(jié)果與有限元Midas Gen軟件模擬的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。