史铁花[1]2002年在《振型分解法中确定结构合理振型数的研究》文中提出建筑结构在进行地震作用计算时，确定所需计入的振型数是必不可少的。国内外也有一些书籍提出了这方面的建议或计算方法，但就如何合理地确定某一建筑结构所需计算的振型数还需进一步探讨。 本文首先从《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)中建议的考虑扭转时取9～15个振型数出发，提出了应该按照一定的依据确定结构计算时所取的振型数。为此，先论述了结构振动系统特征问题的求解方法，为后面的阐述奠定理论基础。 接着又讨论了与本课题密切相关的地震反应谱、反应谱曲线以及最重要的设计地震反应谱的意义、使用等；第四章进入本课题的核心——振型分解法中振型数的确定，从地震反应分析的振型分解法切入，提出采用控制“特征参数”的方法确定结构计算时所需的合理振型数，这里的“特征参数”是本文对质点振型位移与参与系数乘积的定义。控制特征参数法分为有效特征参数法、质点特征参数法两种：有效特征参数法是控制X向、Y向和绕Z轴转动向各自方向的累计特征参数之和；质点特征参数是控制每一质点的累计特征参数，因而后者的要求更高一些。本文对该两种法进行了严密的证明，论证了该法的可行性、准确性、以及最重要的合理性，并提出了实现的方法。与此同时，对国内外部分结构计算程序中所采用的“有效质量法”确定振型数的方法进行了证明，并对这些方法进行了对比。 就如何实现利用控制特征参数的方法确定合理振型数的问题，第五章作了详细论证，并对该法进行了程序实现。该章明确地论证了有效质量与地震力、特征参数与位移和地震力之间的关系，为“质点特征参数控制法”和“有效质量法”的对比奠定了基础，并通过大量的实例对特征参数控制确定振型数的方法进行了分析，确定计算精度系数等。 通过以上论述，得出第六章结论部分，质点特征参数控制的方法是建立在结构特征值基础上利用累计质点振型位移与参与系数积确定结构所需振型数的，该法可行并合理；有效质量法也是一种确定结构所需振型数的方法，不过它是从质量的观点出发。比较而言，前者是对结构每一层、每个质点的特征参数都作控制；后者则是对结构总有效质量之和进行控制。
王明华[2]2017年在《近断层强震作用下建筑结构振型响应贡献分析》文中研究指明当前,世界上频繁发生的地震造成了严重的工程结构破坏,也给人类社会带来重大的人员伤亡和经济损失。因此,为了减少地震带来的各种破坏和灾害损失,加强建筑结构地震动力响应分析和抗震减震设计的研究是非常有必要的。近断层地震动因为其明显的大幅值、长周期脉冲运动,且造成很大的结构破坏而受到地震工程界的密切关注。建筑结构抗震设计的首要任务是进行结构地震响应分析,常用的抗震分析振型分解法通常根据振型贡献系数确定参与振型数,对于高层建筑的速度响应计算误差较大,且对于近断层地震动的适用性也需要深入研究。本文引入地震振型贡献系数的概念以克服振型贡献系数确定参与振型数的缺点,进行了近断层强震作用下剪切型框架建筑结构、剪切型和弯曲型悬臂梁建筑结构的振型响应贡献分析。主要研究内容如下:首先,以剪切型框架建筑结构为例,考察基于地震振型贡献系数的结构地震响应分析的优势和合理性。选取30条向前方向性脉冲、滑冲脉冲和无脉冲近断层地震动记录计算出近断层强震作用下的地震振型贡献系数,对地震振型贡献系数、振型贡献系数与近断层强震作用下的地震振型贡献系数进行比较。研究表明地震振型贡献系数反映了地震动对结构振型响应的动态效应,且结构位移地震振型贡献系数与速度地震振型贡献系数不同,地震振型贡献系数比振型贡献系数能更准确地反映结构振动的振型贡献。当选取脉冲型近断层地震动记录时,地震振型贡献系数仍然能准确地反映振型对位移和速度的贡献,振型贡献系数也能准确地度量振型对位移的贡献,但是当选取无脉冲近断层地震动记录时,使用振型贡献系数求解振型对速度的贡献很不准确。然后,分别使用地震振型贡献系数和振型贡献系数计算建筑结构地震响应所需参与振型数,利用振型分解法求解剪切框架结构的位移和速度地震响应,比较发现,使用地震振型贡献系数求得所需振型数更为合理,由此计算的结构动力响应具有很高的精度。其次,分别进行剪切型和弯曲型悬臂梁建筑结构的振型响应贡献分析。结果表明,对于剪切型悬臂梁建筑结构,使用地震振型贡献系数求取所需参与振型数可以准确求解地震反应。当层数少时,使用振型贡献系数求解的参与振型数是合理的,但是当层数变多时,使用振型贡献系数计算出的地震反应精度越来越低,特别是速度反应。对于弯曲型悬臂梁建筑来说,不管层数是多是少,使用振型贡献系数计算出的地震反应都不准确,而使用地震振型贡献系数计算的地震反应都很准确。
史铁花, 韦承基[3]2002年在《振型分解法中合理振型数的确定》文中认为提出了振型分解法中采用振型位移控制的方法确定结构所需振型数,证明了国外所采用的有效质量法确定振型数的方法,并对两种不同的方法进行了比较
尹越, 黄鑫[4]2007年在《基于振型分解反应谱法的大跨空间结构抗震设计研究》文中指出定义了广义振型参与质量来表征大跨空间结构各阶振型振动的主导方向,并通过控制广义振型参与质量之和占结构总质量的百分比来确定大跨空间结构振型分解反应谱法中参与组合的合理振型数.结合北京2008奥运会老山自行车馆屋盖网壳结构的抗震设计,验证了采用该方法确定的振型数目参与组合能够确保地震反应的精度.
陈娜[5]2016年在《基于变形分解的平面结构振型识别与概念设计》文中研究说明工程结构设计包括概念设计、验算设计和构造设计叁大部分。周知,验算设计和构造设计主要解决的是结构与构件的强度、绝对刚度和稳定性问题;而概念设计阶段的结构选型、布局方式、各分体系间关系以及平立剖面布局等工作,则以相对刚度为其主要或重要的分析因素。验算设计和构造设计主要通过规范公式和具体条文加以约束;而概念设计则主要是通过基本原则和基本规定加以限定,概念设计方案是否合理,是否隐含理念的缺陷,以及是否存在对基本原则和规定的理解偏差,均难以通过量化指标加以定量分析。由达朗贝尔方程可知,频率和振型是仅与质量、刚度相关的结构固有特征参量。结构的频率向量表征结构绝对刚度和绝对质量的分布特性,振型向量表征结构相对刚度和相对质量的分布特性。振型仅与结构布局、材料属性和几何尺寸有关,无需荷载及荷载工况组合信息,是在初步设计阶段进行结构相对刚度分析的有效工具。因此,通过振型分析实现对概念设计方案相对刚度的特性评价,可以达到对结构概念设计实施量化辅助设计的目的。目前,振型分析多应用于结构动力特性分析,如何通过结构振型分析,对结构的概念设计提出建设性的意见和建议,尚是一个少有涉及、却有着极大技术内涵和重要工程应用前景的崭新课题。在国家自然科学基金及优秀博士学位论文基金的资助下,本论文基于正交分解理论构建一般矩形单元的完备正交位移变形基,提出矩形单元综合变形的正交分解法。利用此方法对结构在荷载作用下的变形进行正交分解,得到结构各个部位的主要基本变形或基本变形谱,进而针对性地指导结构的构造设计。将该变形分解法应用于结构振型相对变形正交分解,可实现振型类型的精细识别,从而,可对结构和构件的概念设计方案提供基于振型的量化评价。主要研究成果如下:1构造同时满足数学完备正交和力学受力平衡条件的矩形单元完备正交基,实现平面结构综合变形的刚柔分离和变形分解。对变形分解结果以及矩形单元尺寸效应进行误差分析,并验证变形分解方法的收敛性和稳定性。将分解结果与有限元分析结果和试验结果进行对比分析,验证变形分解方法的正确性和优越性。2利用变形分解方法对不同工况下简支梁的平截面假定进行验证分析,预期梁构件的破坏形式,判定裂缝类型及出现位置,指导梁构件的构造设计。有效分离竖向弯曲宏观变形,进而制定基于竖向弯曲变形控制的平面钢构件稳定性监控策略。3提出基于相对变形分解的振型精细识别法。提取平面结构各阶振型的节点相对位移值,进行相对变形分解,确定振型中各相对变形分量的比例,实现对结构振型的量化识别。将基于相对变形分解的振型精细识别法与质量参与系数法进行对比分析,验证振型精细识别法的正确性与优越性。4基于振型精细识别法,对平面构件的振型进行识别分析,识别出剪切振型、剪弯振型、弯剪振型以及局部振型等振型类型。通过对短柱、适中柱和长柱的振型特征分析,研究基于振型的柱构件分类法。5基于振型精细识别法,引入双肢系数概念,研究剪力墙的变形特征。在现有整体剪力墙和双肢剪力墙的分类基础上,提出一种新的剪力墙类型,整体-双肢剪力墙;其在静动力作用下表现出不同的力学特征,故在验算设计和构造设计,特别是抗震设计环节,应引起足够的重视。针对多层和中高层开洞剪力墙,分别以基本振型中剪切变形为主区域面积所占比例最小,和剪力墙延性、抗侧刚度以及承载能力最强为优化目标,建立相应数学模型,确定洞口最优设计参数。6探讨基于振型的平面结构概念设计建议和建议解释的撰写方法。论文主要创新点为:1建立了四节点矩形单元综合变形的刚柔分离和变形分解法;在小变形情况下,一个四节点矩形单元的平面任意变形可分解为两个垂直方向的刚体位移、拉压变形和弯曲变形,以及平面内的剪切变形和刚体转动位移等8种基本刚体位移和基本变形。2变形分解可分解出单纯的基本变形形式,如弯曲变形、剪切变形等,进而可指导结构的分析、设计和监控;利用变形分解方法实现不同工况下梁构件任意部位的变形量化识别,预期梁构件破坏形式,判定裂缝出现位置,指导梁构件的构造设计;根据变形分解方法定量识别宏观的竖向弯曲变形,制定基于竖向弯曲变形控制的平面钢构件稳定性监控策略。3提出基于相对变形分解的振型精细识别法,可识别出剪切振型、剪弯振型、弯剪振型以及局部振型等类型,实现基于振型的柱构件类型划分;提取结构各阶振型的节点相对位移值,对其变形分解,确定结构各阶振型中各个变形分量的比例,量化识别振型。利用基于变形分解的振型精细识别法识别平面构件的振型,可识别剪切振型、剪弯振型、弯剪振型和局部振型等类型。实现基于振型的长、中、短柱构件类型划分。4提出双肢系数的概念,将振型精细识别法用于剪力墙结构的分类研究,识别出一种新的剪力墙类型,整体-双肢剪力墙;根据基于变形分解的振型精细识别法划分剪力墙结构类型,引入双肢系数概念,对剪力墙进行基于双肢特性的类型划分,识别出整体-双肢剪力墙新类型;其在静动力作用下表现出不同的变形特征,故在其验算设计和构造设计,特别是抗震设计环节,应引起足够的注意。针对多层开洞剪力墙洞口优化布置,以基本振型中剪切变形为主区域面积所占比例最小为优化目标,针对中高层剪力墙的洞口优化布置,以剪力墙的延性、抗侧刚度和承载力为优化目标,建立数学模型,确定洞口最优设计参数。5尝试将基于相对变形分解的振型精细识别法应用到结构的概念设计中,进而量化指导结构的概念设计。结构概念设计的根本是对结构相对刚度进行总体把控,而振型恰是描述结构相对刚度分布特征的固有特征参数,基于相对变形分解的振型精细识别法可以量化识别振型,进而量化指导结构的概念设计。
尹越, 黄鑫, 隋天震[6]2006年在《大跨空间结构振型分解反应谱法抗震设计研究》文中研究表明振型分解反应谱法是结构抗震设计的基本方法,大跨空间结构自由度多,自振频率分布密集,振型复杂,振型之间相互耦联,采用振型分解反应谱法对其进行抗震设计时,有着不同于高层结构的特点。本文结合北京2008奥运会老山自行车馆屋盖网壳结构的抗震设计,定义广义振型参与质量表征大跨空间结构各阶振型振动的主导方向,并通过控制广义振型参与质量之和占结构总质量的百分比来确定振型分解反应谱法中参与组合的合理振型数,确保所得地震反应的精度。
赵仕兴[7]2005年在《多塔带转换层高层结构抗震性能研究》文中认为多塔带转换层高层建筑结构是一种复杂的高层建筑结构形式,结构受力机理不明确,设计难度大。目前,学术界和工程界对转换层建筑结构的研究尚嫌不足,只是局限于弹性有限元理论计算分析,提出的设计方法有待进一步论证和完善。本文通过有限元理论计算分析,对多塔带转换层高层建筑结构的抗震性能问题进行了深入研究。本文的主要工作是研究和评估多塔带转换层高层建筑结构的抗震性能,为此,采用了叁种方法:①振型分解反应谱法;②弹性时程分析方法;③弹塑性静力(Push-over)分析方法,展开了对课题的研究。通过对多塔带转换层高层建筑结构的有限元理论计算分析,进一步揭示了结构的地震响应规律。静力弹塑性分析(Push-over)揭示了结构产生塑性铰顺序以及结构承受基底剪力的规律,能力谱法进一步明确地评估了结构的抗震能力。
白鑫星[8]2009年在《带转换层的大底盘双塔结构动力性能分析》文中研究说明多塔带转换层高层结构是一种复杂的高层建筑结构形式,其结构受力机理十分复杂,设计难度很大,由于多个塔楼之间相互耦联振动,其抗震性能与传统结构体系有较大不同。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)对多塔结构的抗震设计做了一些概念性规定,但对其抗震分析方法和措施未做更深入和明确的规定,可操作性不强。就目前工程设计而言,大底盘双塔结构大都采用塔楼对称的结构形式,对非对称大底盘双塔结构研究较少,可借鉴的实际经验较为缺乏。因此,本文主要对非对称大底盘双塔结构的整体受力性能进行探讨和研究。本文在理论分析的基础上,以山西某商住楼工程实例为背景,利用国内工程分析软件PKPM中的SATWE及EPSA模块对大底盘双塔结构进行了系统分析。主要有以下几方面的内容:一、结合已有工程实例,从理论上探讨了转换层的设计方法和受力机理,着重分析了梁式转换层的设计以及计算方法;二、用SATWE有限元分析软件中的弹性反应分析谱法对大底盘双塔结构进行了计算分析,对比分析了振型数目的选取对结构地震作用力的影响,提出大底盘双塔结构在进行计算时,合理选取振型数目的必要性;叁、对大底盘双塔结构的空间扭转耦联特性进行了分析,分析高阶振型对结构的贡献,提出选取高阶振型进行组合计算的必要性;四、在工程实例模型的基础上,保持其中一座塔楼不变,另一座塔楼的层数变化时,分别分析了两座塔楼底部剪力的变化情况;五、对原结构模型与两座塔楼层数不同时的结构模型的扭转效应进行了对比,分析大底盘双塔结构不对称性的加剧对结构扭转效应的加剧程度;六、用SATWE弹性时程分析程序和EPSA弹塑性静力分析程序对结构进行了验算,将结果与静力计算分析结论进行了比较。
琚月芳[9]2006年在《厚板转换层高层建筑结构抗震性能的研究》文中研究指明本文的主要内容是分析厚板转换层高层建筑结构的抗震性能,系统地总结了厚板转换层结构的抗震性能规律以及影响结构抗震性能的主要因素。 文中首先关于厚板转换层结构的研究状况做了介绍,目前对厚板转换层结构的研究不深入,特别是对此结构的抗震性能的研究不系统,转换层部位的传力途径不明确,并且厚板部位的质量比较集中,振动性能也比较复杂。针对目前对厚板转换层结构研究的不足,本文通过PKPM中的SATWE及ANYSYS两种计算软件对厚板转换层结构的进行了分析研究。 通过计算实例,调整转换层上、下的刚度比,得出刚度比的控制对厚板转换层结构的影响,提出对转换层上、下结构的弯剪刚度比和转换层上、下相邻两层的侧移刚度比进行双项刚度比控制及对转换层上、下层间位移角比、层间位移比的限制要求:研究了不同高位转换层对建筑结构的动力特性和地震作用基本行为的影响;考虑偶然偏心作用对厚板转换层结构的影响;梁的刚度对厚板转换层结构地震基本行为的影响;板的厚度对厚板转换层结构的抗震影响;通过有限元软件ANSYS,建立了厚板转换层高层建筑结构的叁维有限元模型,对结构进行了振型分解反应法和时程分析法的计算分析,得出转换层上、下结构及转换层部位的具体应力分布图,传力途径清晰;时程分析得到厚板转换层结构的剪力分布不是从下往上逐渐减小的,而是从下往上中间某几层有增大的现象。 经过分析,若结构合理布置,计算参数合理选取时,在7度设防烈度下完全可以采用厚板转换层结构。 本文对厚板转换层结构抗震规律的总结及提出的建议,能够给以后的设计提供参考,并且可以为民用建筑中推广使用厚板转换层结构提供意见。
陆加国[10]2011年在《利用低阶模态柔度阵估算地震反应方法的研究》文中进行了进一步梳理复杂结构地震反应的计算一般采用振型分解反应谱方法,其中就涉及到如何选取参与计算的振型数。近年来较多学者对如何选取合理振型数进行了研究,提出了有效振型质量判别法、以静力近似估算高阶振型影响等方法：本文在前人研究的基础上,提出利用低阶模态柔度阵来近似估算结构地震反应的设想。另一方面,结构模型的振动台模拟地震试验中,模型试验结果与理论分析结果的误差较大,这就需要利用试验结果对模型的参数进行修正。现有的许多修正方法都需要试验测到的模态矩阵是完整的模态矩阵,本文提出的以低阶模态柔度阵近似估算高阶振型反应的方法,可以合理避开高阶模态难以测到的难题,提高模型试验的数值模拟精度。本文针对剪切型、弯剪型及扭转型叁种不同结构形式,分别导出了近似考虑高阶振型影响的近似计算公式,该方法能直接利用现有商用软件进行分析。采用本文提出的方法,对5层、20层两个结构模型进行了分析,输入波形包括天然地震记录与正弦波,对比了位移反应时程曲线、加速度反应时程曲线及峰值反应。结果表明：本文提出的估算方法能更精确地模拟出结构动力反应。由于该计算方法仍存在着一定误差,本文对误差原因也进行了分析。讨论了高阶振型在结构动力反应中的贡献,以及高阶振型近似计算方法的误差。分析结果表明,当激励波周期接近模型的高阶自振周期时,高阶振型的贡献增大,本文的近似计算方法误差将明显增大。
参考文献：
[1]. 振型分解法中确定结构合理振型数的研究[D]. 史铁花. 中国建筑科学研究院. 2002
[2]. 近断层强震作用下建筑结构振型响应贡献分析[D]. 王明华. 大连理工大学. 2017
[3]. 振型分解法中合理振型数的确定[J]. 史铁花, 韦承基. 建筑科学. 2002
[4]. 基于振型分解反应谱法的大跨空间结构抗震设计研究[J]. 尹越, 黄鑫. 沈阳理工大学学报. 2007
[5]. 基于变形分解的平面结构振型识别与概念设计[D]. 陈娜. 郑州大学. 2016
[6]. 大跨空间结构振型分解反应谱法抗震设计研究[C]. 尹越, 黄鑫, 隋天震. 第六届全国现代结构工程学术研讨会论文集. 2006
[7]. 多塔带转换层高层结构抗震性能研究[D]. 赵仕兴. 重庆大学. 2005
[8]. 带转换层的大底盘双塔结构动力性能分析[D]. 白鑫星. 太原理工大学. 2009
[9]. 厚板转换层高层建筑结构抗震性能的研究[D]. 琚月芳. 安徽理工大学. 2006
[10]. 利用低阶模态柔度阵估算地震反应方法的研究[D]. 陆加国. 中国建筑科学研究院. 2011
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