高层建筑结构分层模型弹塑性动力分析

1.概述输入地震波对高层建筑结构进行弹塑性动力分析能反映出地震过程中结构的动力特性.多质点体系(图1)在动力荷载作用下的振动方程为:[M]{(?)}+[C]{(?)}+[K]{(?)}=-[M]{(?)} (1)式中{x}、{(?)}、{(?)}——质点的位移、速度、加速度向量;[M]、[C]、[K]——质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵;{(?)}——地面加速度向量.方程(1)是二阶微分方程组,按已知的地震加速度记录(?)(t)对时间t 求解这方程组,便可求得地震过程中各质点在每一时刻的位移、速度和加速度,从而计算结构的内力.     

基于非线性梁理论的有限质点法

有限质点法是以向量式力学为基础,用有限数量的质点来模拟结构的变形行为,质点的运动由牛顿运动定律来计算。在有限质点法中,质点通过构件相连,构件约束着质点的运动,并且其内力由质点的运动变量来描述。基于向量式力学的基本思想和非线性梁理论,提出了一种新的有限质点法,该方法在共旋单元坐标系中描述梁的非线性变形。以空间梁系结构为例,推导了计算构件内力的非线性公式,并考虑了弯扭耦合变形。通过两个连续欧拉角的变换公式得到共旋坐标系的旋转矩阵。与传统的有限质点法相比,本文提出的方法避免了刚体虚转动分析。通过四个结构的数值求解,验证了本文方法在计算结构大变形响应时具有较高的精度。     

弦支穹顶结构动力分析

基于局部分析法并且在以预应力作为自平衡的初始内力情况下对弦支穹顶结构的动力特性进行了初步分析。局部分析法采用将索杆体系和上部单层网壳分开的思想,使弦支穹顶结构的初始预应力分布的确定得到简化。随着上部网壳结构的整体刚度的降低,预应力对体系的自振特性的影响逐渐增大。该体系的低阶振型大多为竖向振动振型。由时程分析的结果可见竖向常遇地震作用下索杆内力上下变化的幅度并不大（不超过7％）。竖向常遇地震作用下结构响应由内环、中环到外环逐渐减弱。常遇水平地震作用下体系索杆内力上下变化的幅度更小。相比竖向常遇地震作用下的索杆内力的变化要小的多。同时,常遇水平或竖向地震作用下线性和非线性时程分析差别不大。     

基于多弹簧模型的空间梁柱单元(I):理论模型

引入多轴应力状态下的塑性应力-应变关系理论,在单元模型中考虑了弹塑性区域剪切变形对单元的弹塑性刚度影响,推导了考虑剪切变形弹塑性刚度影响的多弹簧模型的空间梁柱单元刚度矩阵,为整体钢框架结构的弹塑性动力分析奠定了单元基础。     

用于正交各向异性织物仿真的弹簧质点模型

针对正交各向异性织物,本文提出了一种含附加节点的三角形弹簧质点模型．通过冗余自由度的引入和缩聚,能够实现有限元模型和弹簧质点模型三角形单元刚度矩阵的精确相等;据此,针对一般正交各向异性材料常数和单元形状,推导出弹簧质点模型中弹簧刚度系数及附加节点位置的解析表达式,有效解决了传统弹簧质点模型在正交各向异性织物仿真中存在的计算精度不高、弹簧参数选取随意等缺陷;并进一步完善了基于弹簧质点模型的柔性织物空间变形算法．数值模拟表明本文提出的弹簧质点模型和变形算法在进行织物仿真计算时,具有精度好、通用性强等优点．     

基于多弹簧模型的空间梁柱单元(Ⅰ):理论模型

引入多轴应力状态下的塑性应力-应变关系理论,在单元模型中考虑了弹塑性区域剪切变形对单元的弹塑性刚度影响,推导了考虑剪切变形弹塑性刚度影响的多弹簧模型的空间粱柱单元刚度矩阵,为整体钢框架结构的弹塑性动力分析奠定了单元基础.     

考虑柱子纵向变形时多层框架—刚性墙体系在水平荷载作用下协同工作计算

本文采用传递法,解算房屋刚度沿房屋高度发生阶形变化时的多层框架-刚性墙体系,当考虑柱子纵向变形时,在水平荷载作用下的协同工作。用一组递推函数——形函数、载函数的计算公式,即可求得体系各段的内力与变形。对常刚度体系的内力及变形,亦得出了简便的计算公式。对于变刚度大型无骨架板材房屋在水平荷载作用下的计算,本文的方法也同样适用(图1b)。     

关于虚功原理的讨论

罗治英吴肇祖变形体的质点系模型与虚功原理变形体虚功原理涉及的是变形内力,不是刚性内力内力类型很多。变形体内力的特点是它以变形为存在条件,与刚体位移无关。物体的位移(包括变形)表现在任意两相邻质点产生位移,设为dr_A和dr_B,而两质点间的内力     

关于虚功原理的讨论 (三)

罗治英吴肇祖变形体的质点系模型与虚功原理变形体虚功原理涉及的是变形内力,不是刚性内力内力类型很多。变形体内力的特点是它以变形为存在条件,与刚体位移无关。物体的位移(包括变形)表现在任意两相邻质点产生位移,设为dr_A和dr_B,而两质点间的内力 ...     

结构地震反应分析的频域传递矩阵法

本文将传递矩阵法的应用范围由结构的固有振动分析推广到频域内的地震反应分析。文中具体给出了弯剪粱结构的单元传递矩阵的频域形式。用这种频域内的传递矩阵，结合离散傅里叶变换，即可求得多自由度弯剪梁体系的地震反应。同样地，可用这种方法计算各种串联多自由度体系在其它动力荷载下的反应。该方法精度良好且比相应的有限元法节省计算机ＣＰＵ时间。     

结构地震反应分析的频域传递矩阵法

本文将传递矩阵法的应用范围由结构的固有振动分析推广到频域内的地震反应分析。文中具体给出了弯剪梁结构的单元传递矩阵的频域形式。用这种频域内的传递矩阵，结合离散傅里叶变换，即可求得多自由度弯剪梁体系的地震反应。同样地，可用这种方法计算各种串联多自由度体系在其它动力荷载下的反应。该方法精度良好且比相应的有限元法节省计算机ＣＰＵ时间。     

杆件去除与内力变更时空间网架结构的简捷计算法

本文采用矩阵位移法,引入初内力的概念,提出并建立了初内力准方程式,再运用性叠加原理来简化分析计算杆件去除与内力变更时的空间时的空间网架结构。这种简捷计算法的所讨论的工况下只要一次性的建立、分解和应用网架结构的总刚度矩阵,无须重复多次建立和分解总刚度矩阵,从而使会计工作量成倍地甚至几十倍地大幅度减少。特别是当网架结构多根杆、依次先后断杆、预应力及分期分批施加预应力时,采用本文方法可更方便地求得各工况     

考虑剪力滞后效应的钢-混凝土组合梁力法单元

本文通过在Newmark模型中引入翘曲形函数来描述楼板纵向位移的横向非均匀分布．然后采用虚余功原理建立了考虑剪力滞后效应的钢—混凝土组合梁力法单元。该力法单元严格地满足平衡条件．而仅在积分意义上满足变形协调条件，但具有与通用位移有限元法相一致的刚度矩阵形式。由于受平衡条件的限制结点外力不相互独立，而翘曲位移引起的双弯矩和双剪力使得内力关系变得非常复杂，本文给出了推导力法梁单元内力形函数的通用方法。此外．本文还考虑了梁间荷载的存在对内力形函数的影响。算例分析表明，所提出的力法单元有较高的精度，并发现：在有梁间分布荷载时．采用将梁间分布荷载等效为结点荷载的方法将显著降低应力的精度，而采用高次力法单元对于提高情度没有明显的作用。     

高层建筑中空玻璃幕墙的结构分析

运用正交各向异性大挠度板的非线性理论,讨论了高层建筑中空幕墙玻璃结构的力学计算问题,根据实际的变形状态导出了相应的控制方程;探讨了中空玻璃幕墙的主刚度和折算刚度的计算,研究了中空玻璃在自重,风荷载,地震作用力及温度变化情况下的内力和变形的计算方法,所给出了算例与文献[3]吻合较好。     

三质点共线碰撞问题的理论分析

以三质点弹性碰撞系统为例，考虑质点之间相互作用时局部的接 触变形信息，并基于矩阵函数理论得到了三质点弹性碰撞系统Hamilton空间中的严格理论 解. 基于理论分析结果，详细讨论了不同质点之间的质量比以及接触刚度比对质点碰撞后的 动力学行为的影响，包括可能产生的不同分离模式，接触点的分离次序，以及由此可能导致 的内碰撞现象等.     

折板及多面板非线性弯曲分析的样条核质点法

提出了一种研究折板及多面板类结构非线性弯曲行为的样条核质点法.方法包括以下步骤:(1)将折板及多面板结构模拟成不同平面上平板的集合体;(2)基于冯.卡门的大挠度理论,使用一阶剪切变形理论和样条核质点法先分析各平板的几何非线性行为;(3)将经过修正的各板的非线性刚度矩阵叠加得到整个折板结构的非线性刚度矩阵;(4)研究整个结构的几何非线性行为.由于摆脱了网格的束缚,本文方法可以避免网格扭曲引起的网格重构问题.文末通过几个算例将本文方法解与使用壳单元的ANSYS有限元解或已有文献解进行对比,验证了本文方法的收敛性和准确性.     

基于动力松弛法的松弛索杆体系找形分析

索杆张力结构施工成形分析需要解决一个松弛态索杆系统的平衡形态求解问题,该问题可归结为一个给定构件原长的受荷索杆机构系统的找形问题。文中利用动力松弛法进行该类松弛索杆体系的找形分析。由于不建立刚度矩阵,避免了体系几何不稳定性所引起的刚度矩阵奇异问题。该方法采用悬链线索单元模型,可以考虑索大垂度效应。文中还推导了反映索原长和内力之间关系的悬链线索单元协调方程。通过一个正交松弛索网算例分析,考察了该找形方法的计算精度和收敛性。最后还模拟了一个索穹顶的施工成形过程,表明了该找形方法用于索杆张力结构施工成形分析的有效性。     

煤变形破裂过程中红外信息的实验研究

对受载煤体变形破坏产生的红外辐射信息进行了观测研究。结果表明：煤体在受力过程中其红外辐射温度随其应力状态的改变而发生变化，这种变化与煤体的变形破坏过程密切相关，这将为认识和揭示煤岩破坏的微观机理，预测，预报地震及矿山煤炭灾害动力现象有指导和参考作用。     

考虑约束扭转的薄壁梁单元刚度矩阵

推导了薄壁空间梁单元刚度矩阵 ,考虑了双向弯曲及截面约束扭转对杆件轴向变形的影响 ;计算了截面的翘曲变形 ,以及二次剪应力对翘曲变形的影响 ,可适用于任意截面 (包括开口、闭口和混合剖面 )的薄壁杆件。计算结果表明 ,考虑约束扭转的薄壁梁单元刚度矩阵有相当好的精确度 ,可以用于薄壁杆件的静动力分析。     

一种考虑剪切变形的矩形板元素刚度矩阵

本文应用应变能分项插值的概念推导了一种具有12个参数的考虑剪切变形的正交各向异性矩形平板元素的刚度矩阵,在计算应变能的近似值时,对不同的项采取了不同的位移函数.基本的位移函数是根据考虑剪切变形的直梁的位移得到的,其中包含了弯曲刚度与剪切刚度的比值D/C,因此得到的刚度矩阵对各种剪切刚度值直至薄板(C→∞)都能应用.刚度矩阵以显式表示,使用方便.对典型问题的静力、动力计算表明结果是良好的.