發(fā)布時(shí)間：2017-12-11 02:14

  本文關(guān)鍵詞：超高層建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析加速算法與集成

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【摘要】：超高層建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下一旦倒塌,將造成重大的人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失,有必要對(duì)結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下的災(zāi)變規(guī)律進(jìn)行深入研究。通過數(shù)值模擬手段,對(duì)超高層結(jié)構(gòu)進(jìn)行大量的彈塑性時(shí)程分析,分析結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下的倒塌安全儲(chǔ)備與損傷演化規(guī)律,揭示結(jié)構(gòu)的構(gòu)件失效路徑與倒塌機(jī)理,是研究超高層結(jié)構(gòu)強(qiáng)震災(zāi)變規(guī)律的重要方法。然而,彈塑性時(shí)程分析需要建立結(jié)構(gòu)的非線性有限元模型,超高層結(jié)構(gòu)模型具有超多自由度與超多單元的特點(diǎn),使用常規(guī)的算法與程序?qū)⒊霈F(xiàn)計(jì)算效率底下的問題,即使計(jì)算機(jī)硬件不斷升級(jí)與并行計(jì)算技術(shù)不斷發(fā)展,計(jì)算效率問題仍然沒得到很好的解決,阻礙了超高層結(jié)構(gòu)的地震災(zāi)變規(guī)律研究,因此迫切需要研究超高層結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析的加速分析算法及其程序集成。針對(duì)上述問題,本文做了如下工作：(1)搭建了專門針對(duì)超高層結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析的程序平臺(tái)。在分析既有開源平臺(tái)FEAPpv與OpenSees的程序架構(gòu)與可集成性的基礎(chǔ)上,綜合其兩者的架構(gòu)優(yōu)點(diǎn),利用C++語言搭建了專門針對(duì)超高層結(jié)構(gòu)的面向?qū)ο蟮某绦蚱脚_(tái),在平臺(tái)上集成了超高層結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析中的基本材料、單元與算法,實(shí)現(xiàn)了程序的基本彈塑性動(dòng)力分析功能。通過與實(shí)驗(yàn)和其他軟件對(duì)比發(fā)現(xiàn),程序分析結(jié)果具備足夠的可信度,分析效率與內(nèi)存占用優(yōu)于OpenSees。(2)提出了加速單元狀態(tài)確定的單元狀態(tài)轉(zhuǎn)換算法(STP)。針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下非線性行為僅在部分構(gòu)件發(fā)生的特點(diǎn),提出了線性模型與非線性模型相結(jié)合的單元截面狀態(tài)策略,加速了纖維梁柱單元與分層殼單元的狀態(tài)確定,并利用OpenMP并行編程語言實(shí)現(xiàn)了STP的并行化(PSTP)。通過算例驗(yàn)證發(fā)現(xiàn),STP/PSTP的加速效果隨著地震動(dòng)強(qiáng)度的增大而減弱,其中PSTP的加速比在8.09-14.7范圍。(3)對(duì)比研究了最適于超高層結(jié)構(gòu)體系線性方程組求解的求解器。編譯并在平臺(tái)中集成了一批CPU并行或GPU并行的直接求解器與迭代求解器,通過對(duì)比發(fā)現(xiàn),結(jié)合多線程OpenBLAS的超節(jié)點(diǎn)Cholesky分解的CHOLMOD求解器(PF)效率最高,發(fā)現(xiàn)其特點(diǎn)為計(jì)算耗時(shí)與結(jié)構(gòu)單元數(shù)量成正比,矩陣分解耗時(shí)占用求解耗時(shí)的95%以上。(4)提出了加速非線性平衡方程迭代求解的不精確牛頓-喬列斯基迭代算法(INC)�；诓痪_牛頓算法,結(jié)合結(jié)構(gòu)在彈塑性時(shí)程分析過程中切線剛度非時(shí)刻劇烈變化的特點(diǎn),反復(fù)利用一次Cholesky分解的結(jié)果進(jìn)行不精確牛頓步的求解,從而大幅度降低彈塑性時(shí)程分析過程中的矩陣分解次數(shù)。算例分析表明INC算法可以使彈塑性時(shí)程分析的矩陣分解次數(shù)降至數(shù)次到數(shù)十次。本文建議INC的強(qiáng)制項(xiàng)中a取值0.05,β取值0.01,迭代收斂容差取0.001～0.1。(5)利用集成了INC、PF、PSTP (IPP)后的分析平臺(tái),對(duì)四個(gè)規(guī)模不同的超高層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了加速算法的綜合驗(yàn)證。發(fā)現(xiàn)加速算法使用之前,單元狀態(tài)確定耗時(shí)與線性方程組求解耗時(shí)是超高層結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析主要耗時(shí),且隨著結(jié)構(gòu)的規(guī)模增大,耗時(shí)從單元狀態(tài)確定耗時(shí)主導(dǎo)逐漸變?yōu)榫�性方程組求解耗時(shí)主導(dǎo)。利用IPP加速后,耗時(shí)大幅度降低,使用IPP可獲得28.7～38.9的加速比,且強(qiáng)非線性分析的位移誤差在1%以內(nèi)。(6)對(duì)兩個(gè)600米以上的框架-核心筒超高層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了地震動(dòng)力全過程分析。分析了兩個(gè)結(jié)構(gòu)的倒塌安全儲(chǔ)備、損傷演化規(guī)律、失效路徑與倒塌機(jī)理,分析得到的框架-核心筒結(jié)構(gòu)的動(dòng)力全過程規(guī)律為：剪力墻連梁首先失效,導(dǎo)致不同樓層剪力墻貫通從而引發(fā)墻肢失效,隨著地震動(dòng)逐漸增大核心筒失效的構(gòu)件越來越多,外框架承擔(dān)的傾覆彎矩越來越大,最終外框架在傾覆彎矩的作用下失效,引發(fā)結(jié)構(gòu)整體失效。本文嘗試對(duì)兩個(gè)結(jié)構(gòu)采用加強(qiáng)連梁或加強(qiáng)外框架巨柱的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案,發(fā)現(xiàn)加強(qiáng)連梁更經(jīng)濟(jì)且能獲得更好的優(yōu)化結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU973.31

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1 呂西林,朱杰江,劉捷;上海環(huán)球金融中心結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化彈塑性時(shí)程分析及試驗(yàn)驗(yàn)證[J];地震工程與工程振動(dòng);2005年02期

2 周敏輝;焦柯;丘波;;惠州合生國際大酒店動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析[J];廣東土木與建筑;2010年03期

3 何偉明;崔鴻超;程鎮(zhèn)遠(yuǎn);;中日彈塑性時(shí)程分析實(shí)例計(jì)算比較匯總[J];建筑結(jié)構(gòu);2013年16期

4 朱杰江;呂西林;;上海環(huán)球金融中心大廈彈塑性時(shí)程分析[J];自然災(zāi)害學(xué)報(bào);2006年02期

5 陳超;;淺談高層建筑彈塑性時(shí)程分析方法[J];科技風(fēng);2009年15期

6 徐曉龍;高德志;桂滿樹;姜毅榮;何四祥;王侃;;北京某超高層商住樓動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析[J];建筑結(jié)構(gòu);2010年S2期

7 李宇;;帶剛臂的框架-芯筒結(jié)構(gòu)的彈塑性時(shí)程分析[J];甘肅科技;2010年14期

8 蔣玉泉;陳培霞;;某加層結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析[J];建筑結(jié)構(gòu);2013年S1期

9 黃忠海;廖耘;王遠(yuǎn)利;曹春華;李志山;;深圳平安國際金融中心的罕遇地震彈塑性時(shí)程分析[J];建筑結(jié)構(gòu);2011年S1期

10 張博;吳曉涵;呂西林;錢江;;立面收進(jìn)超限結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析[J];結(jié)構(gòu)工程師;2011年06期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳朝暉;明偉;何建;王佶;;高層建筑考慮空間協(xié)同作用的彈塑性時(shí)程分析[A];第八屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第Ⅱ卷）[C];1999年

2 徐曉龍;高德志;桂滿樹;姜毅榮;何四祥;王侃;;北京某超高層商住樓動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析[A];第二屆全國工程結(jié)構(gòu)抗震加固改造技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2010年

3 張銅生;;高層建筑結(jié)構(gòu)空間彈塑性時(shí)程分析[A];第八屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第Ⅰ卷）[C];1999年

4 賈明明;張素梅;;無粘結(jié)支撐鋼框架彈塑性時(shí)程分析[A];中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)分會(huì)第十次年會(huì)論文集[C];2005年

5 黃忠海;廖耘;王遠(yuǎn)利;曹春華;李志山;;深圳平安國際金融中心的罕遇地震彈塑性時(shí)程分析[A];第三屆全國建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2011年

6 尚文紅;鐘玉柏;張良平;王衛(wèi)忠;;昆明大成金融商務(wù)中心動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析[A];建筑結(jié)構(gòu)高峰論壇——復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)彈塑性分析技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2012年

7 汪大綏;盧旦;李承銘;王建;田煒;;應(yīng)用高性能計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析[A];首屆工程設(shè)計(jì)高性能計(jì)算（HPC）技術(shù)應(yīng)用論壇論文集[C];2007年

8 李志山;容柏生;;高層建筑結(jié)構(gòu)在罕遇地震影響下的彈塑性時(shí)程分析研究[A];首屆全國建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2006年

9 張謹(jǐn);談麗華;路江龍;楊律磊;;蘇州現(xiàn)代傳媒廣場(chǎng)辦公樓彈塑性時(shí)程分析[A];建筑結(jié)構(gòu)高峰論壇——復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)彈塑性分析技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2012年

10 蔣玉泉;陳培霞;;某加層結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析[A];第四屆全國建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)交流會(huì)論文集（上）[C];2013年

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1 付少俊;超高層建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析加速算法與集成[D];大連理工大學(xué);2016年

2 符芮三;ABAQUS與PERFORM-3D在彈塑性時(shí)程分析中的應(yīng)用及對(duì)比研究[D];重慶大學(xué);2014年

3 郝晟月;強(qiáng)震下大跨立體拱桁架體系彈塑性時(shí)程分析與破壞模擬[D];太原理工大學(xué);2014年

4 黃鵬;單向預(yù)應(yīng)力混凝土空間框架彈塑性時(shí)程分析[D];重慶大學(xué);2015年

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