基于精細(xì)算法的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析.pdf

1、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系最早在我國(guó)南方地區(qū)采用。這種結(jié)構(gòu)體系在理論方面的研究一直滯后于工程應(yīng)用，尤其是在抗震性能方面的理論研究。因此，有必要建立短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的新型力學(xué)模型，進(jìn)行彈塑性的地震反應(yīng)分析，為我國(guó)廣大地震區(qū)建造這類新型結(jié)構(gòu)體系的高層建筑提供科學(xué)依據(jù)。
　　 對(duì)于不斷發(fā)展的結(jié)構(gòu)彈塑性動(dòng)力時(shí)程反應(yīng)分析，精度、穩(wěn)定性與耗時(shí)之間的矛盾日益突出，影響和制約了結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)分析的發(fā)展。這就要求或者研究節(jié)約存儲(chǔ)空間和計(jì)算時(shí)間的更好隱式方法或

2、者尋求建立具有更高精度和更好穩(wěn)定性的顯式方法。精細(xì)時(shí)程積分法雖然具有精度高的優(yōu)點(diǎn)，但是，如果將精細(xì)積分法直接應(yīng)用在結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析中，則存在矩陣尺度太大的困難。因此，基于精細(xì)時(shí)程積分法中精細(xì)指數(shù)矩陣算法的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展新的動(dòng)力時(shí)程方法，并應(yīng)用在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析中，是一項(xiàng)有意義的工作。論文基于以上內(nèi)容，進(jìn)行了以下具體工作：
　　 1.詳細(xì)地歸納和總結(jié)了精細(xì)時(shí)程積分法的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，為論文新方法的提出提供依據(jù)。
　　

3、 2.對(duì)精細(xì)時(shí)程積分法進(jìn)行了認(rèn)真、完善的推導(dǎo)，使精細(xì)時(shí)程積分法更加容易理解。
　　 同時(shí)，提出該方法的兩種逐步積分格式。對(duì)基于數(shù)值積分的精細(xì)時(shí)程積分法進(jìn)行了全面地分析和數(shù)值驗(yàn)證，比較、選擇出效率較高的數(shù)值積分方法。將數(shù)值積分引入精細(xì)時(shí)程積分法積分項(xiàng)的求解，拓寬了精細(xì)時(shí)程積分法的應(yīng)用范圍。
　　 3.基于指數(shù)矩陣的精細(xì)算法，將Newmark-β法與更新精細(xì)積分法結(jié)合，提出Newmark-更新精細(xì)直接積分法。提出與參數(shù)β取值

4、無(wú)關(guān)的積分格式。文中詳細(xì)地推導(dǎo)了該方法的基本公式，并提出了該方法顯式和隱式的兩種算法。
　　 4.對(duì)Newmark-更新精細(xì)直接積分法的顯式和隱式算法分別提出兩種逐步積分格式。對(duì)每一種算法的兩種積分格式的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，通過(guò)數(shù)值算例對(duì)兩種算法的精度進(jìn)行了驗(yàn)證。通過(guò)MATLAB軟件編程，以及數(shù)值算例的分析和比較，結(jié)果表明：隱式算法和顯式算法的第一種逐步積分格式是條件穩(wěn)定的，精度較好；而兩種算法的第二種逐步積分格式是不穩(wěn)定的。

5、r>　　 5.在Newmark-更新精細(xì)直接積分法中，要涉及到計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)三個(gè)時(shí)刻點(diǎn)的荷載值。如果荷載是任意的，則難以得到每一時(shí)刻點(diǎn)的值。因此，對(duì)該算法的隱式方法和顯式方法進(jìn)行了發(fā)展，提出顯式級(jí)數(shù)算法和隱式級(jí)數(shù)算法。運(yùn)用MATLAB語(yǔ)言研制程序，通過(guò)分別繪制譜半徑ρ、人工阻尼比ξ、振幅衰減率AD及周期延長(zhǎng)率PE與采樣頻率Ω的關(guān)系曲線，對(duì)兩種級(jí)數(shù)算法進(jìn)行穩(wěn)定性、精度等的特性分析。
　　 6.通過(guò)常數(shù)荷載和正弦荷載的數(shù)值算例驗(yàn)證

6、，進(jìn)一步分析隱式級(jí)數(shù)算法和顯式級(jí)數(shù)算法的精度和超越性等特性。提出顯式級(jí)數(shù)算法的全量理論和增量理論。
　　 7.利用MATLAB語(yǔ)言研制了程序SLWPISA，將精細(xì)積分法、更新精細(xì)積分法和提出的顯式級(jí)數(shù)算法應(yīng)用在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的彈性和彈塑性地震反應(yīng)分析中。將計(jì)算結(jié)果與傳統(tǒng)的Newmark-β法和Wilson-θ法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。利用研制的程序，可以調(diào)用任何地震波(算例中選擇了四種地震波)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行響應(yīng)分析，并可以方便地求出結(jié)構(gòu)

7、在地震作用下的位移、速度、加速度時(shí)程曲線．以及各層剪力、層間位移、最大層間位移、最大層間剪力發(fā)生的時(shí)間等等。
　　 8.算例的計(jì)算結(jié)果表明：提出的顯式級(jí)數(shù)方法對(duì)地震作用是適用的，可行的。由于該算法是顯式的(傳統(tǒng)的方法是隱式的)，不需要計(jì)算耦聯(lián)的方程組，所以應(yīng)用在大型實(shí)際結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)分析中，更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。同時(shí)，在罕遇地震作用下，本文方法和Wilson-θ法的計(jì)算結(jié)果普遍接近，而其它三種方法的計(jì)算結(jié)果部分接近，這說(shuō)明一種特定積

8、分方法的適用性要依賴于非線性類型和非線性程度以及荷載特征等多種因素，因此，一個(gè)較好的非線性時(shí)程分析程序中必須包括兩種或兩種以上的積分方法，當(dāng)一種積分方法不適用時(shí)，可方便地選用另一種方法。
　　 9.通過(guò)算例的計(jì)算結(jié)果得出：在設(shè)計(jì)中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)底部加強(qiáng)層，在墻肢相交處設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，使底部加強(qiáng)部位有良好的延性和耗能能力；短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度較一般剪力墻小，層間側(cè)移較大，所以在實(shí)際工程中，高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻