基于模態(tài)分析的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則問題研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的宗旨是在特定的結(jié)構(gòu)空間及環(huán)境條件下,用整體概念來考慮結(jié)構(gòu)的總體方案,在方案階段用概念性近似計(jì)算方法,迅速有效地對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇。目前,多采用定性的方法加以研究。
　　 模態(tài)分析主要用于研究結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)問題,將其運(yùn)用于結(jié)構(gòu)一般性理論研究的尚不多見。事實(shí)上,結(jié)構(gòu)的頻率向量反映了結(jié)構(gòu)自身絕對剛度和質(zhì)量的分布情況,振型向量則反映了結(jié)構(gòu)體系相對剛度和質(zhì)量的分布情況。與反映結(jié)構(gòu)體系細(xì)部受力特征的應(yīng)力、應(yīng)變相比,頻

2、率和振型能更好地從宏觀上把握結(jié)構(gòu)整體和局部的力學(xué)特性,且不涉及荷載工況的組合問題,因而更適合用于指導(dǎo)結(jié)構(gòu)體系的概念設(shè)計(jì)和構(gòu)造設(shè)計(jì)。
　　 有鑒于此,在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于特征參量控制的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究”(項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào):50978232)的資助下,本論文從對結(jié)構(gòu)“扭轉(zhuǎn)不規(guī)則”定義的研究入手,著重進(jìn)行了振型的量化分析以及基于振型分析的結(jié)構(gòu)模糊概念界定問題的研究,以期為結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)方法提供新的思路,為建立基于結(jié)構(gòu)固有特性的概

3、念設(shè)計(jì)方法提供理論支持。具體工作如下:
　　 1)提出了振型量化描述的新方法?？偨Y(jié)了現(xiàn)有振型的量化描述方法,借鑒振型方向因子法和質(zhì)量參與系數(shù)法所提出的質(zhì)量參與系數(shù)概念,提出了一種新的定量化描述振型的方法——振型方向系數(shù)法,更易于判斷振型的主方向以及進(jìn)行振型的定量化描述。
　　 2)研究了結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則程度與不良振型出現(xiàn)階次間的對應(yīng)關(guān)系問題。以框架-剪力墻結(jié)構(gòu)三維有限元模型為例,通過調(diào)整剪力墻平面位置的方法,分別對不同層高

4、、不同長寬比的框.剪結(jié)構(gòu),使其質(zhì)量和剛度偏心并對其進(jìn)行單因素分析,探求了將模態(tài)分析用于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則判別問題的新方法。
　　 3)探討了平面狹長結(jié)構(gòu)、凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)不良振型間的關(guān)系問題。實(shí)例分析表明,平面狹長結(jié)構(gòu)的長寬比與結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)間具有顯著的對應(yīng)關(guān)系；結(jié)構(gòu)的凹凸不規(guī)則性與局部振型出現(xiàn)的階次間具有顯著的對應(yīng)關(guān)系。規(guī)范給出的關(guān)于狹長結(jié)構(gòu)和凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)的限值是合理的。
　　 4)研究結(jié)果表明,基于振型分析的平面不規(guī)則