王晓[1]2002年在《巨型框架悬挂结构的QR法及其稳定性分析》文中提出本文作者提出巨型框架悬挂结构静力及动力分析的QR法，并用该算法编制了相应的静力和动力(地震时程分析)程序。此外，根据巨型框架的受力特点，推导了二种专用于稳定分析的单元。第一种单元用于在初步设计中估算巨型框架—子框架的整体稳定性，它考虑了沿杆长度方向均匀分布轴力的效应。计算结果表明该单元可运用于巨型框架的计算，且精度比一般单元高，同样它也可用在土建其它方面，且有一定优势。由于巨型结构中许多巨型柱和巨型梁为薄壁杆件，所以在结构计算中就不能忽略扭转，同样在结构的整体稳定性计算方面就必须考虑弯曲与扭转的耦合，所以作者推导了开口薄壁杆件在考虑轴力效应、弯曲与扭转耦合时的单元。作为完整的用于稳定分析的薄壁杆件单元体系，还应包括考虑轴力效应时闭口薄壁杆件单元，但作者时间有限，所以没把工作做完，读者可以根据本文思路，把剩下的工作作完，使之成为一完整体系。这种单元运用广泛，除可用于巨型结构外，还可用于土建、桥梁、海洋、造船、机械等薄壁杆件有较多采用的专业。于另外作者还分析了竖向地震作用对巨型框架整体稳定性的影响，计算结果表明竖向地震作用对巨型框架悬挂结构整体稳定性影响显着，在设计中不容忽视。
潘文军[2]2015年在《结构分析QR法及其在超高巨型框架结构中的应用研究》文中指出巨型框架结构是一种新型高效和具有良好发展前景的超高层结构体系。目前国内针对该结构体系的理论、实验研究和工程应用都尚处于初期阶段,还有很多问题亟待深入研究。本文依托国家自然科学基金项目“超高层巨型框架减震结构体系地震能量分析和抗倒塌能力研究”(项目编号：51378167),基于结构分析QR法,从钢筋混凝土巨型框架结构到巨型组合框架结构,从结构的静力分析到地震反应分析,探讨了结构分析QR法及其在巨型框架结构分析中的工程应用问题,就QR法的简化及程序实现进行深入研究。第一章简单介绍巨型框架结构体系的特点、国内外工程应用及研究现状,总结了结构分析QR法的研究应用情况,最后指出本论文主要研究内容。第二章阐述结构分析QR法的基本理论。介绍样条函数基本概念及样条基函数构造,结构离散化与样条离散化,QR法的分析步骤及特点,分析该方法的简化及程序实现,以及不规则结构的处理措施,为后续相关章节结构分析奠定必要理论基础。第叁章开展钢筋混凝土巨型框架结构分析QR法的应用研究。介绍巨型框架结构简化力学模型,深入研究节点刚域和剪切变形影响下的单元刚度矩阵和固端力计算式,详细说明巨型框架结构静力分析QR法的计算步骤及程序设计流程。通过算例计算与分析,研究节点刚域和剪切变形对巨型框架结构性能的影响,同时验证该方法及其计算程序用于巨型钢筋混凝土框架结构分析的有效性和可行性。第四章开展基于QR法的巨型组合框架结构分析研究。介绍半刚性连接基本理论,研究考虑半刚性连接的单元刚度矩阵和荷载向量及其计算,建立适用不同类型杆件的通用单元刚度矩阵。利用典型算例计算与分析,分析不同连接方式对结构性能的影响,同时验证该方法及其计算程序应用于巨型组合框架结构的有效性和可行性。第五章研究巨型框架结构地震反应分析的QR法。推导出考虑剪切变形影响的单元质量矩阵,建立巨型框架结构地震反应分析的新格式,说明该方法的程序设计流程。通过算例计算与分析,验证该方法是一种经济、有效且可行的结构分析方法,为巨型框架结构的地震反应分析提供了新思路。第六章对本文研究工作进行总结和展望,指出主要创新点和存在的不足。主要研究成果分列如下：(1)基于叁次B样条函数基函数构造方法,构造一组新的样条基函数,用于结构位移函数构造。(2)提出“等效样条划分步长”概念,利用数学取整函数,可直接由节点位置坐标确定样条结点编号,从而使不规则结构适用于QR法的简化计算。(3)基于能量变分原理,推导出考虑剪切变形效应的空间梁柱单元刚度矩阵及非节点荷载作用的固端力计算式,为编写钢筋混凝土巨型框架结构和巨型组合框架结构静力和地震反应分析程序奠定基础。(4)分析节点刚域存在时平面和空间梁柱单元刚度矩阵的表达式,指出了节点刚域对非节点荷载作用下固端力计算的影响及处理对策。(5)讨论节点任意连接方式的平面梁柱单元刚度矩阵和固端力计算式,在平面梁柱基础上,构造出考虑节点任意连接方式的空间梁柱单元刚度矩阵。(6)针对巨型组合框架结构多种类型杆件单元的情况,构造出可考虑连接方式、刚域和剪切变形影响的通用平面和空间梁柱单元刚度矩阵,以便巨型组合框架结构计算程序开发。(7)建立巨型框架结构静力和地震反应分析的新计算格式,采用MATLAB语言编写相应的计算程序。通过算例对比分析,检验相关假设及计算程序的正确性,探讨QR法用于巨型框架结构分析的有效性和可行性。
黄志华[3]2006年在《巨型钢框架结构的静力和抗震分析》文中研究指明巨型框架结构是一种新型的结构形式，与其它结构体系相比，具有许多显着的特点和优点。考虑到高层钢结构的优点，本文主要分析巨型钢框架结构。随着我国经济建设的发展，巨型钢框架结构必将碍到广泛的应用。因此，有必要对巨型钢框架结构进行深入的分析和研究，以了解它的受力特性。 本文首先利用QR法对巨型钢框架结构的静力弹性问题进行分析，再对该结构的静力弹塑性问题进行分析。本文用增量变刚度法解弹塑性刚度方程，求得结构的极限荷载。用C语言编制了相应的程序，计算了一些算例。将QR法与有限元方法进行对比，结果表明，该方法未知量少，精度高，计算简便，适用性强，是一种经济有效的计算方法。本法不仅有理论意义，而且有工程实用价值。 然后根据杆系模型的基本理论，本文研究了巨型钢框架结构的弹性地震响应问题。本文用状态空间法求解结构的动力方程，并用Matlab编制了相应的程序。将本文计算结果与ANSYS进行比较，表明本文的建模和求解方法是正确的。
郭煜[4]2003年在《高层巨型框架结构分析的QR法》文中研究说明巨型框架结构由作为主结构的巨型框架和作为次结构的楼面框架构成，它具有侧向刚度大，整体性能好，传力明确，使用空间灵活，节约材料，降低造价，施工速度快等特点，是一种集高效性、灵活性和经济性为一体的新型高层建筑结构体系，因而成为适合建造高层与超高层建筑的最有前途的结构形式之一。本文介绍了巨型框架结构的发展状况，分析了该结构体系的优点和目前巨型框架结构高层与超高层建筑为数较少的原因，对巨型框架结构体系的发展前景提出看法。然后，利用QR法对巨型框架结构进行分析，解决该结构的静力、动力及材料非线性问题，利用增量迭代法及样条无条件稳定算法分别求解弹塑性刚度方程及动力方程，建立了高层巨型框架结构分析的新的计算格式。将本文方法与有限元方法进行对比，结果表明，该方法未知量少，精度高，计算简便，适用性强，是一种经济有效的计算方法。本文不仅有理论意义，而且有工程实用价值。
黄鹏伟[5]2005年在《巨型框架结构的静力性能及超级元的应用》文中研究指明巨型结构是一种新型的超高层建筑结构体系,是指由几个大型结构单元所组成的主结构与其它结构单元组成的次结构共同工作,从而获得更大的整体稳定性和更高的效能的高层建筑结构。本文首先对巨型结构分类和特点进行了介绍,并对国内外巨型结构的研究发展进行了论述。针对巨型结构的一种常见结构-巨型框架结构,本文以巨型钢框架结构为代表分析了巨型框架结构的静力性能,深入研究了结构在竖向荷载和水平荷载下的传力机理、力学特性和变形特点。超级元法是在普通有限元划分的基础上进行二次大单元划分的一种半连续化方法。叁维实体超级元能模拟巨型框架的整体变形,具有连续化方法的优点,又很容易与普通有限元结合起来。本文采用超级元法进行了巨型框架结构的静力计算。这种方法自由度数比一般有限元法少很多,又与单元内部所含构件数多少无关,可以大大减少计算的工作量。最后,对本文的研究工作进行了总结,给出研究中的一些结论,并指出进一步的研究中亟待解决的问题。
严平[6]2010年在《钢筋混凝土巨型框架结构弹塑性地震反应分析的研究》文中研究说明巨型框架结构具有独特的二级受力体系不仅有利于加强结构的整体性,改善结构的安全性能,减少材料用量和工程造价,也给建筑设计带来了更大的灵活性;但不同的构件形式对其巨型框架结构的整体抗震性能影响也不同,针对这一特点,本文对不同构件形式的巨型框架结构抗震性能进行了研究。本文利用有限元软件SAP2000分别对采用实腹式巨型梁柱与采用空腹式巨型梁柱的巨型框架结构进行了动力弹塑性分析对比,深入研究了不同结构形式下巨型框架结构的抗震性能和破坏机制。计算结果表明:空腹式巨型框架结构相比较于实腹式巨型框架结构在抗震性能方面具有良好的抗侧移能力,但是空腹式柱在罕遇地震作用下其节点相对薄弱,若应用于工程实例中需加强抗震措施。为了解空腹式梁与实腹式梁对巨型框架结构抗震性能的影响,本文对两种模型进行了弹塑性时程分析,得出结论:两种结构形式均基本符合叁道设防原则;巨型梁采用空腹式并不能有效减小巨型结构的侧移从而提高其抗侧移能力。综合两章的计算结果得出结论:巨型柱采用空腹式结构相比较于巨型梁采用空腹式能更有效提高巨型框架结构的抗侧移能力。
涂永明[7]2005年在《CFRP索悬挂建筑结构静力和动力分析及研究》文中认为我们预测,CFRP将是21世纪建造重大土木工程的新型高强高性能结构材料之一。采用CFRP索建造悬挂建筑结构,不仅可以减轻自重、提高有效承载能力,而且,可以从根本上解决拉索的腐蚀和疲劳问题,优化结构的受力性能,减少后期维护费用,使结构在综合性能和全寿命周期上受益。CFRP索悬挂建筑结构根据自然传力原理,蕴结构艺术于自然,具有深厚的建筑艺术内涵和结构美之表现力,达到了结构与建筑、功能与艺术、力与美的协调统一,是一种具有优良结构性能和发展、应用前景的高层建筑新型结构体系。CFRP索悬挂建筑结构兼有新材料和新结构体系之属性,本文对其力学性能和计算分析方法进行了较为深入的研究,如下所述。首先,分析了悬挂建筑结构的自然性和社会性,介绍了高层悬挂建筑结构的类型、国内外悬挂建筑结构及CFRP索(筋)的研究、应用与发展概况。阐述了CFRP索悬挂建筑结构的特点。建立了其结构形态与控制的概念;在回顾结构控制方法的基础上,阐述了悬挂建筑结构减振避震控制的思想。此外,展望了CFRP索悬挂建筑结构在我国的发展前景。其次,提出了CFRP索悬挂建筑结构的设计原则、计算模型及一些计算假设。CFRP索核筒悬挂建筑结构的核心筒既是竖向和水平向交通的枢纽,也是最重要的受力结构。根据正六边形六面开洞筒体的受力性能,采用连续化方法,分析了其在水平荷载、竖向荷载及扭矩作用下的力学性能,并与有限元方法计算的结果相比较,验证了文中提出的连续化分析方法的有效性,且该方法简便,节省计算时间和空间开销,可以用于实际设计分析中。再次,采用了悬挂质量控制体系(STMD)的概念,详细地分析了CFRP索悬挂建筑结构(即Super STMD,SSTMD)的能量传递及耗散规律。根据CFRP索单段悬挂结构的二自由度运动方程,推导出了地面谐振动作用下的加速度和位移响应频率传递函数以及悬挂建筑上部结构受到谐荷载激励的加速度响应频率传递函数。较为详尽地分析了调谐比、阻尼比及悬挂质量比对结构动力响应的影响。采用Den-Hartog方法推导出了绝对加速度及位移响应达到优化时的参数表达式。讨论了CFRP索悬挂建筑结构的参数优化方法,创新地提出了次结构阻尼比的极大值和合理值的概念,并由此较为全面地分析了在次结构合理阻尼比条件下的结构加速度和位移响应。引进了减振效率的概念,并分析了主、次结构的阻尼比、悬挂质量比等对减振效率的影响,表明悬挂建筑结构具有稳定的减振能力。对比分析了小质量比STMD和悬挂建筑结构的减振机理。讨论了CFRP索悬挂建筑结构减振能力的鲁棒性。然后,以随机振动为基础,将白噪声作为地面加速度激励,对二自由度CFRP索悬挂建筑结构的动力响应优化控制作了较为细致的分析。推导出了白噪声地震动激励下悬挂建筑结构的绝对加速度及位移的方差响应表达式。对CFRP索悬挂建筑结构进行了随机振动的无约束优化分析,推导出了主结构无阻尼条件下的优化参数解析表达式。对主结构有阻尼条件下的动力响应进行了优化分析,分别给出了主结构绝对加速度和位移响应的优化参数曲线。创新地对CFRP索悬挂建筑结构进行了单约束和双约束条件下的动力响应优化分析,并且证明了进行双约束优化,可以从根本上保证主结构相对位移响应的动力稳定性,避免迭代发散现象。分析了CFRP索悬挂建筑结构随机动力响应参数的优选问题,提出了四类优化目标函数和四类优化参数,并做了细致的对比,得到了有用的结果。其中,采用主结构加速度响应优化参数,可以兼顾主、次结构的绝对加速度响应及相对位移响应,减振避震的功效性与鲁棒性都很好;采用主结构相对位移响应参数,可以得到十分优良的主、次结构加速度响应以及主结构相对位移响应,然而,由其而得的次结构位移响应不太理想。接着,建立了CFRP索多段悬挂建筑结构减振体系计算模型及运动方程。确定了多段悬挂建筑结构地震动响应函数及多目标优化方法。创新地将主、次结构响应作为平等的优化目标,采用改进的理想点方法即“约束-评价函数法”对多目标优化问题进行求解。以叁段悬挂建筑结构为例,阐述了CFRP索多段悬挂建筑结构减振体系参数优化方法。定义了多段悬挂建筑主结构减振效率系数。对悬挂建筑次结构位移响应进行了优化分析,表明次结构的位移响应与自身调谐比显着相关,而与其它次结构之调谐比相关性较低。分析表明,采用根据约束-评价函数优化方法得到的参数进行主、次结构响应计算,可以得到较全面的优化效果。经过参数优化后的CFRP索悬挂建筑结构的动力位移响应比普通巨型结构要优越,且采用约束-评价函数法进行参数优化具有高效、稳定的性质,比主结构位移响应优化方法合理。根据频域分析和时程计算结果,验证了经约束-评价函数法优化的悬挂建筑结构具有理想的减振效果,达到了多目标优化的根本目的。同时,对我校刘郁馨博士完成的单段核筒悬挂建筑结构模型试验作了简述,检验了悬挂建筑结构的动力性能,说明了该结构减振能力强,且验证了在一定条件下,随着主、次结构连接刚度的降低,体系减振效果增强的论点。另外,分别对CFRP索悬挂建筑主结构和主、次结构之间的抗震多道设防提出了建议。讨论了悬挂次结构振动刚度,得到了悬挂次结构精确的抗侧刚度表达式。研究了P-Δ效应下核筒侧移与箱基础倾角的静、动力耦合关系,得到了一系列有益的结果。分析了悬挂次结构刚体集合的摆动问题,建立了次结构刚体集合运动方程,并给出了计算次结构摆动位移幅值的计算公式。此外,根据现行规范,分别得到了正六边形核筒悬挂建筑主结构在不同抗震设防烈度时的名义高宽比限值。最后,介绍了配置CFRP索的悬挂转换大梁及吊杆的形式及特点。分析了转换大梁的设计原理,推导了设计公式。因为采用预应力技术和高强高性能的CFRP索,可以使得悬挂转换大梁承受荷载后处于微挠度水平,所以悬挂次结构相对于主结构的位移可以非常小,悬挂建筑的使用性能由此裨益良多。本文还简单介绍了以我校为主研究、设计并建成的国内第一座CFRP拉索斜拉桥。本文作者还与导师商量,提出了建造一座试验性的CFRP索悬挂建筑结构的建议。
张正维[8]2007年在《超高层建筑巨型框架—核心筒体结构与其基础地基共同工作分析》文中提出超高层建筑巨型框架-核心筒体结构按外部巨型框架是否设置巨型斜撑而分为不带斜撑巨型框架-核心筒体结构与带斜撑巨型框架-核心筒体结构,这种结构体系的空间工作能力很好,在荷载作用下,结构体系的各个部分之间能够协调一致地工作,具有很好的整体工作性能,是本世纪具有良好发展前景的超高层建筑结构新体系。本论文将超高层建筑巨型框架-核心筒体结构与其基础结构简化为一个支撑在半无限大弹性地基上的加劲薄壁筒组合体,从而建立了这种巨型结构体系的地基、基础、上部结构共同工作的分析模型,然后对该模型进行半离散化处理,也就是选取适当的节线,对该加劲薄壁筒组合体进行划分,并以节线上的未知形变函数为基本未知函数来描述结构体系的位移场或运动场,然后分别运用最小势能原理和哈密顿原理可将这种巨型结构体系的地基、基础、上部结构的共同工作分析和自由振动分析转化为一系列常微分方程组的边值问题和特征值问题,再利用常微分方程求解器进行求解。算例计算结果表明:分析模型是合理的、可行的,从而为超高层建筑不带斜撑巨型框架-核心筒体结构与带斜撑巨型框架-核心筒体结构的方案设计、初步设计、抗震概念设计以及整体性能评价提供了一种可行的分析方法与计算机程序。论文的主要工作如下:1.论述了超高层建筑巨型框架-核心筒体结构的发展前景和本研究的理论基础和工程意义;2.根据Mindlin关于一集中力作用在弹性体中的位移公式,采用能量等效原理导出了半无限大弹性地基相应于各种变形的等效刚度公式,从而为量化分析半无限大弹性地基与基础的相互作用奠定了基础;3.建立了超高层建筑巨型框架-核心筒体结构与其基础地基共同工作的半解析分析模型,讨论了如何对上部结构、基础、地基进行连续化处理以及如何选取未知的形变函数或广义坐标来描述结构系统在各种作用下的行为等问题;4.用半解析法对超高层建筑不带斜撑巨型框架-核心筒体结构与带斜撑巨型框架-核心筒体结构与其基础地基的共同工作和多维自由振动进行了分析计算,并对主要设计参数发生改变后,结构的受力特性与动力特性的变化趋势做了深入研究。
汤薛[9]2012年在《巨型框架主框架层数变化的抗震性能的研究》文中研究说明巨型框架结构由于具有良好的建筑适用性和潜在的高效结构性能,正越来越受到建筑工程的广泛应用。巨型框架结构山主次两级结构组成,具有传力明确、整体性能好、施工速度快、平面布置灵活、可节约材料降低造价等优点,在高层及超高层建筑中有着广阔的应用前景。开展巨型框架结构体系抗震性能分析的研究,有其重要的理论价值和实际意义。本文为对巨型框架结构主框架层数变化的抗震性能进行研究,从主框架梁数量增加而均匀布置和主框架梁数量相同但非均匀布置两个方而进行分析。基于有限元理论,采用大型有限元软件SAP2000分别对两个方面建立叁个模型,进行模态分析和在叁条地震波下进行动力时程分析,比较叁者间基本自振周期、楼层侧移、层间位移角、顶层最大加速度、楼层剪力与基底剪力,从而对其抗震性能进行评价。通过对巨型框架结构巨型梁数量增加而均匀布置下的叁个模型进行模态分析和动力时程分析,可知随着巨型框架主框架梁数量增加,结构刚度愈大,吸收的地震能量愈大,基本自振周期愈小,楼层侧移愈小,顶层最大加速度愈小,但各楼层剪力会增大,基底剪力也随之增大。通过对巨型框架结构巨型梁数量相同但非均匀布置下的叁个模型进行模态分析和动力时程分析,可知随着巨型梁数量相同但向下布置时,结构刚度愈大,吸收的地震能量愈大,基本自振周期愈小,楼层侧移愈小,但顶层最大加速度会增大,楼层剪力会增大,基底剪力也随之增大。综合上述两方面的计算结果可以得出结论：巨型框架结构并非随着巨型梁数量的增加、巨型梁越靠近楼层下部和置其抗震性能越好。因此在巨型框架结构设计时为增强结构的抗震性能,应注意主框架梁的优化布置。图[56]表[14]参[56]
肖祯雁[10]2009年在《半无限大弹性地基上超高层建筑巨型框架的简化分析》文中研究表明由于现代社会的进步和经济水平的发展,空间巨型框架结构作为高层及超高层建筑的一种结构型式以其显着的特点得到了广泛的应用,是一个很有前途的超高层建筑结构体系,其发展势不可挡。该结构独特的两级受力体系不仅有利于提高结构整体性,改善结构安全性能,减少材料用量和工程造价,亦给建筑设计带来了更大的灵活性。但是,也正由于其独特性,使巨型框架结构的力学分析更为复杂,因此,对空间巨型框架结构的分析与研究有着很重要的理论意义和实用价值。鉴于此,本论文通过分析实际空间巨型框架各个组成部分的力学特征,将其简化为一个由巨型剪切型弹性地基柱和巨型Winkler弹性地基梁组成的空间巨型框架,然后在同时考虑基础与地基的弹性变形的条件下,进行整体结构的共同工作分析和自由振动分析。从而为超高层建筑巨型框架结构考虑地基、基础以及上部结构的整体分析提供了一种可行的简化分析方法,主要内容如下:(1)讨论地基模型并推导出了半无限大弹性地基模型的等效刚度。(2)建立了集地基、基础、上部结构为一体的空间共同工作分析模型,它们是支撑在半无限大弹性地基上的、由巨型剪切型弹性地基柱和巨型Winkler弹性地基梁组成的空间巨型框架;以此模型定量地分析了空间巨型框架与其地基基础的共同工作,并将其结果与其它方法的结果进行了比较。(3)建立了集地基、基础、上部结构为一体的空间自由振动分析模型,其刚度计算模型为支撑在半无限大弹性地基上的、由巨型剪切型弹性地基柱和巨型Winkler弹性地基梁组成的空间巨型框架;动力分析模型为既可以分析平移振动,也可以分析扭转以及平动与扭动的耦合振动的模型,即半无限大弹性地基?空间杆系?层模型。并以此模型分析了巨型框架的自由振动,讨论了地基、基础的刚度以及上部结构的刚度与质量变化对整体结构自振周期的影响与变化规律。算例及分析结果表明:本论文建立的简化分析模型不仅是合理的、可行的,而且有着很高的精度,从而为超高层空间巨型框架提供了一种适合初步设计或整体性能评价的快速、简化的分析方法。
参考文献：
[1]. 巨型框架悬挂结构的QR法及其稳定性分析[D]. 王晓. 广西大学. 2002
[2]. 结构分析QR法及其在超高巨型框架结构中的应用研究[D]. 潘文军. 合肥工业大学. 2015
[3]. 巨型钢框架结构的静力和抗震分析[D]. 黄志华. 广西大学. 2006
[4]. 高层巨型框架结构分析的QR法[D]. 郭煜. 广西大学. 2003
[5]. 巨型框架结构的静力性能及超级元的应用[D]. 黄鹏伟. 大连理工大学. 2005
[6]. 钢筋混凝土巨型框架结构弹塑性地震反应分析的研究[D]. 严平. 合肥工业大学. 2010
[7]. CFRP索悬挂建筑结构静力和动力分析及研究[D]. 涂永明. 东南大学. 2005
[8]. 超高层建筑巨型框架—核心筒体结构与其基础地基共同工作分析[D]. 张正维. 河南理工大学. 2007
[9]. 巨型框架主框架层数变化的抗震性能的研究[D]. 汤薛. 安徽建筑工业学院. 2012
[10]. 半无限大弹性地基上超高层建筑巨型框架的简化分析[D]. 肖祯雁. 河南理工大学. 2009
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