基于周期结构理论的框剪结构动力特性分析

摘要

由于对土地资源的有效利用，高层结构近年被广泛应用。高层结构可以看作是基本的楼层单元在竖向上叠加的一维周期结构。然而，从周期性的角度对高层结构进行分析却鲜有研究。固体物理学研究发现，声子晶体型周期结构具有独特的衰减域特性，衰减域范围内的弹性波不能在声子晶体中传播，但衰减域范围外的弹性波则可以在声子晶体中传播。受衰减域概念的启发，本文基于周期结构理论，对框剪结构的动力特性进行了系统分析。本文的主要研究内容包括:
　　1.结合一项具体实际工程，采用有限元软件COMSOL Multiphysics建立了三维标准楼层单元，通过施加Floquet-Bloch周期边界条件，求解了该框剪结构的频散曲线。系统讨论了物理参数以及几何参数对框剪结构第一衰减域的影响，并进一步研究了结构配筋对衰减域的影响。
　　2.利用有限元软件ANSYS，对一个五层框剪结构模型进行了模态分析，研究发现:在衰减域范围内不存在相应的振型与之对应，并且随着层数的增高，结构的特征频率越接近于衰减域的起始频率和截止频率。进一步对该五层框剪结构进行了频域响应分析，结果表明，在衰减域范围内的振动无法向上传播。
　　3.利用ANSYS软件，对五层框架结构模型进行了时域响应分析，主要包括单频瞬态响应分析、地震波响应分析以及环境振动时程分析，从时域响应的角度对频域分析结果进行了验证。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 高层结构常用形式及分析方法

1．2 周期结构概述

1．2．1 周期结构的基本特征及分类

1．2．2 周期结构的衰减域

1．2．3 周期结构的研究现状

1．2．4 周期结构的应用前景

1．3 主要研究内容

2 周期结构的基本理论

2．1 周期性描述

2．2 Bloch定理

2．3 频散曲线与衰减域

2．4 衰减域计算的有限元法

3 框剪结构的衰减域特性

3．2 衰减域计算

3．3 参数影响分析

3．3．1 层高

3．3．2 板厚

3．3．3 混凝土强度

3．3．4 柱截面

3．3．5 剪力墙数量

3．4 配筋对衰减域的影响

4 框剪结构动力特性的数值模拟

4．1 振型分析

4．2 频域响应分析

4．2．1 无阻尼情况

4．2．2 有阻尼情况

4．3 时域响应分析

4．3．1 单频瞬态响应分析

4．3．2 地震波及环境振动响应分析

5 结论与展望

5．2 思考与展望

参考文献

作者简历

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