筒體結(jié)構(gòu)擬動力試驗及理論研究.pdf

1、筒體結(jié)構(gòu)是高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)的重要結(jié)構(gòu)形式之一，本文對筒體結(jié)構(gòu)進行抗震性能試驗研究和理論分析，主要進行了三個方面的研究工作：對筒體結(jié)構(gòu)的動力特性進行實測，并提出簡化計算方法；對動力方程的數(shù)值積分方法進行研究，提出擬動力試驗動力方程新的數(shù)值積分手段；對兩個筒體結(jié)構(gòu)模型進行擬動力試驗，研究其抗震性能并進行非線性靜、動力分析。主要內(nèi)容如下： (1) 實測了鋼筋混凝土筒中筒結(jié)構(gòu)和鋼管混凝土組合筒體結(jié)構(gòu)兩個模型的動力特性，獲得了模型結(jié)構(gòu)

2、的自振頻率、振型、阻尼比、模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)剛度、模態(tài)阻尼等結(jié)構(gòu)動力特性參數(shù)的影響因素。 (2)提出了計算筒體結(jié)構(gòu)動力特性的等效剛度理論，將結(jié)構(gòu)簡化為考慮彎剪變形的多質(zhì)點體系，簡化計算等效彎曲剛度和等效剪切剛度。用該方法計算了兩個筒體結(jié)構(gòu)模型的動力特性，與實測值及ANSYS分析結(jié)果吻合良好。 (3) 基于Newmark-β方法，推導出了一種新的結(jié)構(gòu)動力分析數(shù)值積分遞推格式，在計算位移時，不需要計算速度和加速度等中間值，因而更

3、為簡單、方便。通過對結(jié)構(gòu)動力方程精細時程積分方法的討論，指出非齊次方程的精度控制在于荷載項積分方法的選擇。分析了龍貝格積分、科茨積分和高斯積分方法等不同積分方法的精度及應(yīng)用范圍，為合理選擇積分方法提供參考。 (4)以現(xiàn)有的單步法和Adams多步法為基礎(chǔ)，提出了新的非線性精細動力積分的單步法和多步法。該方法將目前常用的2項精細積分變?yōu)?項，使其穩(wěn)定性和計算精度均優(yōu)于現(xiàn)有方法。本文非線性精細動力積分方法的創(chuàng)新具有較大的計算優(yōu)勢。以非

4、線性精細動力積分多步法為基礎(chǔ)，提出了新的擬動力試驗數(shù)值積分方法，該方法在增大試驗時間步長后的計算精度比中央差分法要高，因而試驗工作可大量減少。 (5) 用本文的顯式多步積分方法進行了鋼管混凝土組合筒體結(jié)構(gòu)等效兩自由度體系擬動力試驗，研究了結(jié)構(gòu)模型的彈性和塑性階段的地震反應(yīng)、抗震性能和破壞機理，完善和豐富了筒體結(jié)構(gòu)的抗震試驗方法和理論體系。合作完成了鋼筋混凝土筒中筒結(jié)構(gòu)模型6種工況的地震波加速度峰值的擬動力試驗，研究了筒中筒結(jié)構(gòu)抗

5、震性能。 (6)對多垂直桿單元模型的單元剛度矩陣進行了修正，并提出了一種空間拓展的多垂直桿單元模型。拓展后的多垂直桿單元模型可以用來分析各種截面形式的鋼筋混凝土墻肢、梁、異形柱、鋼管混凝土柱和鋼骨混凝土梁。本文的多垂直桿單元模型計算工作量小，應(yīng)用范圍廣。 (7) 利用本文的宏觀桿單元模型和精細單步法對兩個筒體結(jié)構(gòu)模型分別進行了非線性靜力和動力分析。分析結(jié)果與試驗基本一致，表明本文的分析方法合理，提出的宏觀單元模型概念清晰