為了研究大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)動(dòng)力自由度縮減問(wèn)題,提出基于子結(jié)構(gòu)模態(tài)的動(dòng)力自由度縮減綜合法。首先根據(jù)混合試驗(yàn)原理將整體結(jié)構(gòu)動(dòng)靜自由度進(jìn)行分離,分別形成了靜力子結(jié)構(gòu)與動(dòng)力子結(jié)構(gòu)。靜力子結(jié)構(gòu)根據(jù)原型結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析,以保留靜力自由度的復(fù)雜性。動(dòng)力子結(jié)構(gòu)則結(jié)合模態(tài)綜合法,將整體結(jié)構(gòu)拆分為若干子結(jié)構(gòu),對(duì)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析,保留少數(shù)低階模態(tài),縮減子結(jié)構(gòu)的質(zhì)量形成凝聚點(diǎn),并將模態(tài)信息傳遞到凝聚點(diǎn)。根據(jù)邊界協(xié)調(diào)條件合成動(dòng)力簡(jiǎn)化模型,將靜力子結(jié)構(gòu)與動(dòng)力簡(jiǎn)化模型融合為抗震混合試驗(yàn)?zāi)Ｐ?并對(duì)某10層框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析。研究表明:本文提出的動(dòng)力自由度縮減綜合法,能夠很好地表現(xiàn)原型結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性,在縮減動(dòng)力自由度的同時(shí)保留了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,避免過(guò)度簡(jiǎn)化。 

【文章來(lái)源】：工程抗震與加固改造. 2020,42(05)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

結(jié)構(gòu)動(dòng)靜自由度分離協(xié)調(diào)示意圖

由圖2可知，首先，將組合后的子結(jié)構(gòu)模態(tài)信息同原型結(jié)構(gòu)模態(tài)分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，證明應(yīng)用該方法建立的子結(jié)構(gòu)模態(tài)分析模型的有效性。如圖2所示，若不吻合，則根據(jù)固定界面模態(tài)綜合法對(duì)動(dòng)力子結(jié)構(gòu)模型及各子結(jié)構(gòu)的邊界條件進(jìn)行修改，確保有限元模型準(zhǔn)確無(wú)誤，能很好重現(xiàn)原型結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性。其次，將子結(jié)構(gòu)模態(tài)分析所得的簡(jiǎn)化后質(zhì)量矩陣MN、剛度矩陣KN與靜力分析解得的初始質(zhì)量矩陣M、剛度矩陣K進(jìn)行對(duì)比，證明應(yīng)用該方法獲得的動(dòng)力簡(jiǎn)化模型的質(zhì)量、剛度分布與原型結(jié)構(gòu)保持一致。最后，根據(jù)MATLAB的eig矩陣運(yùn)算函數(shù)編譯結(jié)構(gòu)模態(tài)分析協(xié)調(diào)程序，將各凝聚點(diǎn)的模態(tài)信息輸入到該程序中形成動(dòng)力簡(jiǎn)化模型的運(yùn)動(dòng)方程，求解獲得簡(jiǎn)化模型的模態(tài)信息。通過(guò)將原型結(jié)構(gòu)的模態(tài)信息同動(dòng)力簡(jiǎn)化模型的模態(tài)信息進(jìn)行對(duì)比，以判斷動(dòng)力簡(jiǎn)化模型是否有效。若吻合程度較好，則表明動(dòng)力簡(jiǎn)化模型具有較好的準(zhǔn)確性;若不吻合，則根據(jù)原型結(jié)構(gòu)的初始剛度、質(zhì)量矩陣等對(duì)動(dòng)力簡(jiǎn)化模型進(jìn)行修改，以確保動(dòng)力簡(jiǎn)化模型能較好的體現(xiàn)原型結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性。此外，根據(jù)混合試驗(yàn)原理，由靜力模型提供恢復(fù)力信息，動(dòng)力模型求解運(yùn)動(dòng)方程，并對(duì)動(dòng)力模型和靜力模型進(jìn)行力-位移交互，從而形成動(dòng)力簡(jiǎn)化的抗震混合試驗(yàn)系統(tǒng)，并以此進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)的抗震性能分析。

為了驗(yàn)證本文所述動(dòng)力自由度縮減法的有效性及精確性，采用圖3所示的典型高層框架結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性。該結(jié)構(gòu)X方向長(zhǎng)18 m,Y方向?qū)?8 m，結(jié)構(gòu)整體高40 m�？蚣芙Y(jié)構(gòu)共10層，在X、Y方向均為3跨，跨長(zhǎng)均為6 m。柱截面尺寸均為400mm×400mm，梁截面尺寸均為300mm×600mm，板厚為100 mm。本框架結(jié)構(gòu)采用Q235型號(hào)的鋼材，質(zhì)量密度為7.85g/cm3，彈性模量為190GPa，泊松比為0.3，屈服應(yīng)力為235MPa。采用ABAQUS軟件進(jìn)行有限元分析，建立精確的整體結(jié)構(gòu)模型并劃分出大量的計(jì)算單元，從而體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。為了在靜力分析時(shí)獲得各樓層的恢復(fù)力信息，在原型結(jié)構(gòu)外部建立參考點(diǎn)，并保持與對(duì)應(yīng)框架節(jié)點(diǎn)的耦合連接。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號(hào)：3416626