风荷载作用下非比例阻尼空间结构动力时程分析

摘要

随着近代经济的发展、科学技术的进步、城市人口集中、用地紧张、激烈的商业竞争以及无线电广播、通讯和电视的发展，高耸结构的应用也多起来。因此混凝土及其顶部钢塔的混合结构正在被逐步广泛应用。本文主要是对此类结构在风荷载作用下的弹性动力时程响应进行研究，研究内容主要包括： (1)将不同阻尼材料建造的组合结构看作是由不同的子结构组合的集合体，每个子结构满足Rayleigh阻尼假定。折算阻尼法是一种近似方法，与采用不同材料不同阻尼比的计算方法相比，有一定的差别。 (2)抗风分析方法一般可分为频域法和时域法。本文采用时域法(包括直接积分法和非经典振型分解法)对高耸结构进行分析。由于直接积分法计算结果精确，但计算工作十分繁重，费用较高：非经典振型分解法计算成本较低，参与叠加的振型阶数应比满足位移精度要求的振型阶数至少多一倍以上时才能达到满意的内力结果。目前仅在一些重要的，特殊的，复杂的以及高耸建筑结构的设计中应用，因此要用计算机实现。这样即提高了计算精度也提高了计算速度，所以在理论与实际的工程设计中有可靠而有效的实用价值。 (3)分析了风的基本理论及风振响应。将上海气象观测站实测风速通过伯努利方程转换为随时间变化的风压，再根据规范要求将风压换算成作用于空间结构的风荷载，完成风荷载的时间与空间的分布。 (4)验证了结构静、动力通用程序DAS一般动荷载模块的可靠性。然后在实际阻尼比、折算阻尼比、混凝土建筑阻尼比三种情况下，对框架及其顶部钢塔结构和框架剪力墙及其顶部钢塔结构进行弹性动力时程分析并进行位移和内力的比较。分析采用直接积分法和非经典振型分解法并对两种方法的优劣进行对比。

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第一章绪论

1.1高耸结构的发展

1.2风荷载及其与结构的相互作用

1.2.1风对结构的作用

1.2.2结构的顺风向响应

1.2.3结构的横风向响应

1.2.4结构的扭转响应

1.3非比例阻尼结构的发展

1.3.1耗能减振结构体系

1.3.2混凝土结构及其顶部钢塔

1.4本文的研究背景和主要工作

1.4.1本文的研究背景

1.4.2本文的主要工作

第二章阻尼理论

2.1.阻尼的基本概念

2.2阻尼模型

2.3阻尼比

2.4比例阻尼

2.4.1 Rayleigh阻尼

2.4.2改进的Rayleigh阻尼

2.5非比例阻尼

2.5.1判断非比例阻尼结构的标准与充要条件

2.5.2非比例阻尼的复模态方法

2.5.3用折算阻尼比对结构阻尼进行处理

2.5.4本文采用的阻尼矩阵表述方案

第三章空间结构动力响应分析

3.1.结构动力方程求解

3.1.1基本方法

3.1.2线性加速度方法

3.1.3 Wilson-θ法

3.2 Newmark-β法

3.3非经典振型分解法

第四章风工程基本理论及计算公式

4.1风、风力、风速、风压

4.2基本风速、基本风压

4.3非标准情况下风速或风压的换算

4.3.1非标准高度换算

4.3.2非标准地貌的换算

4.3.3不同时距的换算

4.3.4非年最大风速样本的换算

4.3.5不同重现期的换算

4.3.6不同线型的比较

第五章结构风振效应

5.1风荷载的统计

5.2高耸结构上的风荷载

5.2.1风压高度变化系数

5.2.2风载体型系数

5.2.3顺风向正反向结构响应

5.3风荷载作用下的结构失效形式

5.4结构的安全界限与破坏机制

5.4.1水平位移限值

5.4.2人体舒适度限制

5.4.3破坏机制

第六章算例分析

6.1程序的可靠性分析

6.1.1单自由度结构

6.1.2附加阻尼器的单层平面框架

6.1.3两层剪切型框架

6.2框架及其顶部钢塔结构弹性动力分析

6.2.1直接积分法分析结果

6.2.2非经典振型分解法分析结果

6.3框架-剪力墙及其顶部钢塔结构弹性动力分析

6.3.1直接积分法分析结果

6.3.2非经典振型分解法分析结果

第七章结论与展望

7.1本文结论

7.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢