開(kāi)題報(bào)告---建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力時(shí)程分析與振動(dòng)控制

1、<p><b>　　開(kāi)題報(bào)告</b></p><p>　　課題名稱 建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力時(shí)程分析與振動(dòng)控制 </p><p>　　一、立項(xiàng)依據(jù)（包括科學(xué)意義和應(yīng)用前景，國(guó)內(nèi)外研究概況，主要參考文獻(xiàn)等）</p><p><b>　　1 背景及意義</b></p><p>　　近年來(lái)，地震

2、等荷載作用對(duì)建筑物的破壞嚴(yán)重危害著人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，隨著建筑結(jié)構(gòu)的高柔化、輕質(zhì)化，使得其在地震等作用下更易產(chǎn)生振動(dòng)和大幅變形乃至破壞。僅在靜力荷載作用下進(jìn)行結(jié)構(gòu)的分析已不能滿足工程的需要。所以對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力分析和振動(dòng)控制具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　　我國(guó)《抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)建筑結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的計(jì)算采用底部剪力法和振型分解反應(yīng)譜法。底部剪力法只考慮結(jié)構(gòu)第一振型，對(duì)于高層建筑會(huì)有較大誤差；

3、反應(yīng)譜法，是使用統(tǒng)計(jì)的方法將動(dòng)力作用下質(zhì)點(diǎn)的地震響應(yīng)繪制成反應(yīng)譜曲線，然后用靜力法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，是一種擬動(dòng)力分析方法。但是地震作用是一個(gè)時(shí)間過(guò)程，反應(yīng)譜法不能反映結(jié)構(gòu)在地震動(dòng)過(guò)程中的經(jīng)歷。在求解結(jié)構(gòu)的剛度矩陣時(shí)，傳統(tǒng)上采用有限單元法集成,但有限單元法計(jì)算工作量大，占用很大的計(jì)算機(jī)內(nèi)存。并且在求解結(jié)構(gòu)的動(dòng)力方程時(shí)，傳統(tǒng)的Newmark、Wilson方法一般只具有一階精度或二階精度,尤其在高頻階段更是精度較低，還具有算法阻尼,且難以有效地控

4、制,使結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差。</p><p>　　并且傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)是通過(guò)提高自身的抗力來(lái)抵御地震和颶風(fēng)作用的，通常采取加大構(gòu)件截面尺寸、采用高強(qiáng)度材料等方法。但這些方法己經(jīng)法滿足建筑新的需求。因此，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制理論和應(yīng)用的研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。具體而言，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制就是在結(jié)構(gòu)上附設(shè)控制構(gòu)件或控制裝置，達(dá)到結(jié)構(gòu)減振的目的。</p><p>　　本文采用動(dòng)力時(shí)程分析法來(lái)研究建筑結(jié)構(gòu)多遇地

5、震作用下的線彈性變化過(guò)程，并對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行減振控制，采用在建筑結(jié)構(gòu)上增加粘彈性阻尼器的方法，減小或抑制結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)。文中基于哈密頓體系及精細(xì)積分法導(dǎo)出建筑結(jié)構(gòu)的剛度矩陣，再利用動(dòng)力時(shí)程分析的精細(xì)積分法對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力分析和振動(dòng)控制研究，從而給出一套建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力時(shí)程分析和振動(dòng)控制研究的方法，最后通過(guò)具體的結(jié)構(gòu)算例分析，將結(jié)果與有限元軟件ANSYS進(jìn)行對(duì)比，從而驗(yàn)證本文方法分析動(dòng)力問(wèn)題及振動(dòng)控制研究方面的可行性，并對(duì)建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的優(yōu)劣和適

6、用范圍作出評(píng)判。</p><p><b>　　2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)在地震、風(fēng)等作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)一直是人們研究的課題之一。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)分析研究主要在以下幾個(gè)方面：</p><p>　?。?）對(duì)建筑結(jié)構(gòu)建立動(dòng)力分析模型的研究</p><p>　　鋼筋混凝土框架體系是

7、混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用得最為廣泛的結(jié)構(gòu)體系，同時(shí)又是框剪結(jié)構(gòu)和框筒結(jié)構(gòu)體系的重要組成部分，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析模型從剪切模型發(fā)展到空間模型，取得了豐富的成果。六十年代，層間分析模型是最主要的結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析模型；七十年代，平面桿系分析模型成為分析的主要對(duì)象；八十年代，細(xì)化的平面桿系模型開(kāi)始應(yīng)用并向空間桿系模型發(fā)展；九十年代，國(guó)外進(jìn)入空間分析階段，國(guó)內(nèi)也開(kāi)始了空間框架結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析工作。 </p><p&g

8、t;　　剪切模型是一種最簡(jiǎn)單的層間模型，R.W.Clough,K.Muto，林家浩[1]等人用這種模型對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)開(kāi)展了彈塑性地震反應(yīng)研究。剪切型模型忽略了彎曲變形的影響，因而比較適用于層數(shù)不多的框架。為了拓寬此模型的適用范圍，在此基礎(chǔ)上K. Muto提出了層間剪切型模型。但存在的困難是如何具體確定層間的剪切及彎曲剛度以及剪彎藕合問(wèn)題。</p><p>　　為了得到結(jié)構(gòu)整體或桿件在強(qiáng)震作用下的彈塑性反應(yīng)過(guò)

9、程，人們又提出了與實(shí)際結(jié)構(gòu)更為接近的平面桿系模型。如G.H.Powell,Omar Chaollal，馮世平[1]等人的研究工作。而美國(guó)、日本等國(guó)的高層建筑結(jié)構(gòu)震害分析表明，按現(xiàn)有的平面結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)計(jì)算理論來(lái)預(yù)估高層結(jié)構(gòu)的地震破壞狀況，與結(jié)構(gòu)的實(shí)際震害存在著明顯的差異，因此，考慮地震的多維作用，發(fā)展空間結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)的計(jì)算方法十分必要。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)空間模型一般有四種:即平動(dòng)模型，平扭模型，準(zhǔn)三維模型和三維模型。</p>

10、<p>　　（2）結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析方法的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)較長(zhǎng)過(guò)程，迄今為止，經(jīng)過(guò)了靜力分析、反應(yīng)譜分析、動(dòng)力分析三個(gè)階段[2-4]。</p><p>　　1)靜力分析階段。由于早期人們對(duì)振動(dòng)外載荷的特性缺少定量數(shù)據(jù)，所以采用了較為簡(jiǎn)單的靜力理論。這一方法忽略了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性這一重要因素，具有很大的局限性，只有當(dāng)結(jié)構(gòu)可近似地視為剛體時(shí)此方法

11、才適用。</p><p>　　2)反應(yīng)譜分析階段。由于缺乏對(duì)載荷振動(dòng)特性和結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析理論的了解，基于動(dòng)力學(xué)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)分析一直未能得到發(fā)展，直到20世紀(jì)40年代初美國(guó)M. A. Biot等人提出了結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的反應(yīng)譜概念，并給出了世界上第一條彈性反應(yīng)譜；G.W.Housner于1948年提出基于加速度反應(yīng)譜的彈性反應(yīng)譜曲線； 19世紀(jì)60年代末，反應(yīng)譜方法被許多國(guó)家的專家學(xué)者所接受，并逐漸被采納應(yīng)用到結(jié)構(gòu)抗震

12、設(shè)計(jì)規(guī)范中。</p><p>　　3)動(dòng)力分析階段。動(dòng)力分析方法是將外載荷直接作用在結(jié)構(gòu)上，對(duì)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行積分，求得任意時(shí)刻結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的分析方法。只有對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的全過(guò)程進(jìn)行分析，才能得到與實(shí)際情況相符的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析最常用的方法是對(duì)動(dòng)力平衡方程逐步積分的增量分析方法。而加速度和速度用不同形式線性組合的相鄰時(shí)刻位移表示，可導(dǎo)致各種不同的方法，主要有中心差分法、Houbolt法、Wilson-法和New

13、mark法等。</p><p>　　近40年來(lái)，隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)學(xué)和力學(xué)工作者在這一方而開(kāi)展了許多分析和研究工作[5-13]，出現(xiàn)了一批通用性很強(qiáng)的有限元分析大型軟件包，如:國(guó)外的NASTRAN, ANSYS, ASKA, ADINA, SAP等以及國(guó)內(nèi)的HAJIF, MAS , FAPS , DDJ-W , MCADS , JIFEX，這些程序在工程實(shí)際中都有了廣泛應(yīng)用[14、15]。</

14、p><p>　　（3）結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制方面的研究情況</p><p>　　如何減少風(fēng)、地震荷載尤其是地震作用對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞作用，即減小結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)，成為工程結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域重要的研究課題之一。二十世紀(jì)七十年代初，學(xué)者們開(kāi)始研究在建筑結(jié)構(gòu)上設(shè)置控制裝置的方法，以減小結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)。可以說(shuō)，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制為工程結(jié)構(gòu)的抗震研究與設(shè)計(jì)開(kāi)辟了一個(gè)新的途徑。其中利用粘彈性阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行被動(dòng)控制的方法，由于其有效性

15、、經(jīng)濟(jì)性和安裝后不再需要維護(hù)，而被越來(lái)越多的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所采用。</p><p>　　粘彈性阻尼器在1969年開(kāi)始應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)的消能減振中，當(dāng)時(shí)在紐約世界貿(mào)易中心的兩個(gè)塔樓上分別安裝了1萬(wàn)多個(gè)粘彈性阻尼器，用來(lái)減小塔樓在風(fēng)作用下的振動(dòng)，取得很好的減振效果。1982年，美國(guó)西雅圖的Columbia AesFirst大廈上就安裝了260個(gè)粘彈性阻尼器，結(jié)構(gòu)的阻尼比從原來(lái)的0.8%增加到6.4%，有效地減小了結(jié)構(gòu)的風(fēng)

16、振反應(yīng)。我國(guó)的魏文暉、楊志勇[16-18]等對(duì)武黃高速公路中的武漢至黃石段各橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果表明，橋面下設(shè)置粘彈性阻尼器后,橋面結(jié)構(gòu)無(wú)論是應(yīng)力還是位移都有明顯減小,此時(shí)若將鋪裝層上適當(dāng)配置鋼筋就可避免由于鋪裝層裂縫過(guò)大而造成的橋面破損。</p><p>　　Ashour(1987),Chang和soong等人（1989）系統(tǒng)地進(jìn)行了在土木工程中使用粘彈性阻尼器的分析研究，結(jié)果表明裝有粘彈性阻尼器的建筑能夠有效

17、的減輕地震反應(yīng)。在中國(guó)也進(jìn)行了一些動(dòng)力試驗(yàn)。北京工業(yè)大學(xué)的郝東山，秦洪濤等（1994）進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，粘彈性阻尼裝置可將結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)減少77%左右。</p><p>　?。?）哈密頓體系的發(fā)展</p><p>　　隨著在國(guó)內(nèi)中科院院士馮康[19-21]教授首次提出了哈密頓的辛幾何算法, 開(kāi)創(chuàng)了將計(jì)算物理、計(jì)算力學(xué)和計(jì)算數(shù)學(xué)相結(jié)合的先河。</p><p>　

18、　唐立民[22-24]教授提出的彈性力學(xué)的混合方程也稱為哈密頓正則方程，并指出即使是對(duì)彈性力學(xué)靜力問(wèn)題，也應(yīng)有它的哈密頓正則方程，這使得哈密頓系統(tǒng)在彈性力學(xué)領(lǐng)域中的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。</p><p>　　隨著研究的不斷深入，鐘萬(wàn)勰[25-29]根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)與控制理論的模擬關(guān)系，將對(duì)偶理論體系引入到彈性力學(xué)。創(chuàng)立了力學(xué)求解對(duì)偶體系。對(duì)偶變量的求解體系與偏微分方程的傳統(tǒng)求解思路正相反。傳統(tǒng)的求解思路是努力消元，盡可能減

19、少未知量的數(shù)量，而不惜方程階次的升高。高階次的微分方程不利于有限元等數(shù)值方法的求解，為數(shù)值求解帶來(lái)一些難點(diǎn)問(wèn)題。而在對(duì)偶變量體系下，雖然未知量增加了，但階次降低了，低階微分方程有利于數(shù)值求解，而未知量的增加并不會(huì)帶來(lái)太大的影響。對(duì)偶變量體系與數(shù)值方法的結(jié)合，將能更充分地體現(xiàn)出對(duì)偶變量體系的優(yōu)點(diǎn)，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，去求解更多的工程問(wèn)題。</p><p>　　在借鑒了現(xiàn)代控制論的數(shù)學(xué)問(wèn)題與結(jié)構(gòu)力學(xué)一類問(wèn)題模擬關(guān)系

20、，鐘萬(wàn)勰、徐新生等[30]在這個(gè)領(lǐng)域做了大量工作，將哈密頓體系引入到彈性力學(xué)中。從拉格朗日體系向哈密頓體系的換代，其意義在于從傳統(tǒng)的歐幾里德型的幾何形態(tài)進(jìn)入到了辛幾何的形態(tài)之中，從而可使混合變量方法進(jìn)入到應(yīng)用力學(xué)的廣大領(lǐng)域。</p><p>　　同時(shí)，鐘萬(wàn)勰在哈密頓體系下創(chuàng)立了求解結(jié)構(gòu)動(dòng)力的響應(yīng)的精細(xì)積分法[31]。精細(xì)積分法既可以用于初值問(wèn)題的積分，又可以用于兩端邊值問(wèn)題的積分。對(duì)于動(dòng)力方程以及控制理論中的黎卡

21、提方程，精細(xì)積分都給出了幾乎是計(jì)算機(jī)上的精確解。</p><p>　　此外，在精細(xì)算法、結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程求解，隨機(jī)振動(dòng)領(lǐng)域應(yīng)用、系統(tǒng)響應(yīng)、非線性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題、哈密頓體系應(yīng)用等方面，研究人員展開(kāi)了大量的研究，取得了一些階段性成果[32-45]，完成了一些相關(guān)的著作[46-50]，這些方法對(duì)本文具有借鑒意義。</p><p>　　（5）精細(xì)積分法是求解哈密頓體系下系統(tǒng)微分方程數(shù)值解的有效方法，有關(guān)精

22、細(xì)積分方法的研究發(fā)展概況大致為以下幾個(gè)方面：</p><p>　　1994年，鐘萬(wàn)勰[31]等人提出了精細(xì)積分法，利用矩陣指數(shù)函數(shù)求解線性定常結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程的數(shù)值解，在計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)上的結(jié)果非常準(zhǔn)確，對(duì)于齊次結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程，形式十分簡(jiǎn)單，只需計(jì)算出相應(yīng)的指數(shù)矩陣，并代入初始條件，就可以逐步積分。</p><p>　　2000年，張建宇[50] 分析了結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的精細(xì)積分方法的穩(wěn)定性、精度和計(jì)算工

23、作量，討論了離散時(shí)間間隔、指數(shù)矩陣冪級(jí)數(shù)展開(kāi)式的階段階數(shù)L以及2n類算法的階數(shù)N的優(yōu)化問(wèn)題。說(shuō)明了精細(xì)積分方法是條件穩(wěn)定的。</p><p>　　2001年呂和祥[51]從哈密頓系統(tǒng)入手，繼承精細(xì)積分方法高精度等特點(diǎn)，給出哈密頓體系下，非線性動(dòng)力學(xué)的積分方程表達(dá)式，在積分時(shí)采用了當(dāng)前要計(jì)算的時(shí)間域內(nèi)的未知函數(shù)的插值，因而避免了如亞當(dāng)姆斯、哈明法等采用的外插的多步法，提出了一個(gè)顯示單步預(yù)測(cè)-校正四階精度的精細(xì)積分有

24、效算法，能夠自起步，適用于多自由度、強(qiáng)非線性非保守動(dòng)力學(xué)系統(tǒng).通過(guò)算例說(shuō)明，本算法精度高、計(jì)算量小。</p><p>　　2003年王超，李紅云[52]等利用鐘萬(wàn)勰等發(fā)展的精細(xì)時(shí)程積分方法.提出了解線性定常結(jié)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)響應(yīng)的分段精細(xì)時(shí)程積分方法。它能適用于各種激勵(lì)作用下系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)。對(duì)于載荷項(xiàng)采用線性和兩次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合.采用精細(xì)時(shí)程積分方法和迭代方法對(duì)動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算。與傳統(tǒng)的離散積分方法如紐馬克方法和威爾遜

25、方法等及狀態(tài)方程直接積分方法進(jìn)行數(shù)值比較.本方法具有很高的精度和計(jì)算效率。</p><p>　　2003年梅樹(shù)立[53]將定常結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程的精細(xì)時(shí)程積分算法推廣應(yīng)用于非線性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題時(shí)，對(duì)非線性項(xiàng)的線性化處理使該方法的計(jì)算精度對(duì)時(shí)間步長(zhǎng)非常敏感.為此本研究中將龍貝格積分法引入該方法，提出了由此而產(chǎn)生的指數(shù)矩陣的快速精細(xì)算法，從而使時(shí)間步長(zhǎng)的選擇具有了自適應(yīng)性，且計(jì)算精度和效率均得到提高.通過(guò)具體的數(shù)值算例給出了該

26、方法的計(jì)算精度和效率.</p><p>　　2004年汪夢(mèng)甫[39]提出將高斯積分方法與精細(xì)積分方法中的指數(shù)矩陣運(yùn)算技巧結(jié)合起來(lái)，在實(shí)施精細(xì)積分過(guò)程中不必進(jìn)行矩陣求逆，整個(gè)積分方法的精度取決于所選高斯積分點(diǎn)的數(shù)量。這種方法理論上可實(shí)現(xiàn)任意高精度，而且計(jì)算效率較高，數(shù)值例題顯不了方法的有效性。</p><p>　　2006年，王一凡等人[54]介紹了精細(xì)積分法與單步Houbolt算法結(jié)合的方

27、法.通過(guò)引入單步Houbolt算法的基木假設(shè).將加速度分量從動(dòng)力學(xué)方程中消去，動(dòng)力學(xué)方程由二階常微分方程組變?yōu)橐浑A常微分方程組.然后再用精細(xì)積分法進(jìn)行逐步積分。該方法既利用了單步Houbolt算法的二階精確和漸近消失的特點(diǎn).也利用了精細(xì)積分高精度的優(yōu)點(diǎn)，在簡(jiǎn)化運(yùn)算量:和數(shù)值穩(wěn)定方面效果明顯，.表明了該方法在結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析中的有效性。</p><p>　　2008年郭澤英[55]將Newmark 法中常平均加速度法的

28、基本假定與更新精細(xì)積分方法結(jié)合起來(lái)，提出了一種新精細(xì)積分法，并應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析中。推導(dǎo)了該方法的計(jì)算公式，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。與更新精細(xì)積分法相比，在實(shí)現(xiàn)動(dòng)力微分方程降階后，矩陣尺度和方程個(gè)數(shù)減少一半；并且迭代公式直觀，可以非常方便地求出結(jié)構(gòu)在地震作用下的位移、速度和加速度反應(yīng)。</p><p>　　近年來(lái)，本課題組在將現(xiàn)代控制理論、辛數(shù)學(xué)方法與結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域結(jié)合應(yīng)用的基礎(chǔ)上，展開(kāi)了大量研究，探索出了一系

29、列的新的研究方法，已取得了許多階段性成果[56-65]。</p><p>　　胡啟平教授[56-59]對(duì)考慮剪切變形的梁進(jìn)行了簡(jiǎn)化計(jì)算并運(yùn)用狀態(tài)空間法對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，建立了并聯(lián)連續(xù)化的計(jì)算模型，導(dǎo)出了模型的狀態(tài)空間表達(dá)式，用精細(xì)積分法求出結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移。</p><p>　　張華[56、59、60]采用狀態(tài)空間理論通過(guò)連續(xù)化假定，將框架-剪力墻-薄壁筒斜交結(jié)構(gòu)視為廣義空間薄壁剪-

30、彎柱，給出了在水平荷載（含扭矩）作用下廣義柱的平衡方程，然后由廣義正則化后的微分方程分別求出廣義的矩陣形式的初參數(shù)解，由結(jié)構(gòu)頂部和底部的邊界條件求出初參數(shù)，進(jìn)而求出結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移。</p><p>　　孫良鑫，高洪俊 [64] [65]運(yùn)用哈密頓對(duì)偶體系和兩端邊值問(wèn)題的精細(xì)積分法對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行了空間二階與動(dòng)力特性分析。</p><p><b>　　3.參考文獻(xiàn)</b&

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60、7(80)</p><p>　　[60] 張華，變截面框架-剪力墻-薄壁筒斜交結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化計(jì)算研究[D].河北:河北工程學(xué)院碩</p><p>　　士學(xué)位論文，2004.3</p><p>　　[61] 張彥博.筒中筒結(jié)構(gòu)體系簡(jiǎn)化分析的狀態(tài)空間法[D].河北:河北工程大學(xué)碩士學(xué)位論文，</p><p><b>　　2005</b&

61、gt;</p><p>　　[62] 李張苗.帶水平加強(qiáng)層框架-芯筒結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].河北:河北工程大學(xué)碩士學(xué)位論文，</p><p><b>　　2006</b></p><p>　　[63] 侯瑞珀.基于并聯(lián)剪彎梁模型的高層建筑結(jié)構(gòu)協(xié)同分析[D].河北:河北工程大學(xué)碩士學(xué)</p><p><b>　　位論

62、文，2006</b></p><p>　　[64] 孫良鑫.框-剪結(jié)構(gòu)空間二階分析與動(dòng)力特性分析[D].河北:河北工程大學(xué)碩士學(xué)位論</p><p><b>　　文，2007</b></p><p>　　[65] 高洪俊.高層建筑結(jié)構(gòu)二階分析與動(dòng)力特性分析[D].河北:河北工程大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007 </p>

63、<p>　　二、研究?jī)?nèi)容及預(yù)期成果（說(shuō)明課題的具體研究?jī)?nèi)容和重點(diǎn)解決的關(guān)鍵問(wèn)題，預(yù)期成果和提供的形式）</p><p><b>　　2.1具體研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　?。?）作出相應(yīng)的假設(shè)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，建立結(jié)構(gòu)分析的計(jì)算模型。</p><p>　?。?）基于哈密頓體系及精細(xì)積分法，由結(jié)構(gòu)的區(qū)段混合能推出建筑結(jié)構(gòu)的剛

64、度矩陣，利用有限元的基本原理集成總的質(zhì)量矩陣，采用瑞雷阻尼形成阻尼矩陣，從而寫(xiě)出結(jié)構(gòu)線彈性動(dòng)力時(shí)程分析的運(yùn)動(dòng)方程，利用動(dòng)力時(shí)程分析的精細(xì)積分法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力分析和振動(dòng)控制研究，求得建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力問(wèn)題的高精度數(shù)值解，并編制相應(yīng)的Matlab分析程序，從而給出一套建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力時(shí)程分析和振動(dòng)控制研究的方法。</p><p>　?。?）通過(guò)具體的結(jié)構(gòu)算例分析，將本文方法的結(jié)果與有限元分析軟件（ANSYS）進(jìn)行對(duì)比，從而

65、驗(yàn)證本文方法分析動(dòng)力問(wèn)題及振動(dòng)控制研究方面的可行性，并對(duì)建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的優(yōu)劣和適用范圍作出評(píng)判。</p><p>　　2.2 重點(diǎn)解決的關(guān)鍵問(wèn)題</p><p>　?。?）如何建立建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析及振動(dòng)控制問(wèn)題的計(jì)算模型。</p><p>　?。?）基于哈密頓體系及精細(xì)積分法，如何由結(jié)構(gòu)的區(qū)段混合能推出結(jié)構(gòu)的剛度矩陣。</p><p>　　

66、（3）如何求解運(yùn)動(dòng)方程，得出問(wèn)題的高精度數(shù)值解</p><p>　?。?）將整個(gè)問(wèn)題用計(jì)算機(jī)MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)。</p><p>　　2.3 預(yù)期研究成果及目標(biāo)</p><p>　?。?）建立相應(yīng)結(jié)構(gòu)問(wèn)題分析的計(jì)算模型。</p><p>　　（2）利用動(dòng)力時(shí)程分析的精細(xì)積分法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力分析和振動(dòng)控制研究。</p>&l

67、t;p>　?。?）選取合適的算例，對(duì)本文分析方法進(jìn)行驗(yàn)證,得出相關(guān)結(jié)論。</p><p>　?。?）實(shí)現(xiàn)整個(gè)問(wèn)題的Matlab計(jì)算程序。</p><p>　?。?）發(fā)表相關(guān)論文一到兩篇。</p><p>　　三、擬采取的研究方法和技術(shù)路線（包括理論分析、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)方法和步驟及其可行性分析、創(chuàng)新處；學(xué)位論文工作的總體安排和進(jìn)度）</p><p

68、><b>　　3.1理論分析</b></p><p>　?。?）作出相應(yīng)的假設(shè)，對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，擬建立結(jié)構(gòu)分析的計(jì)算模型。</p><p>　　1）樓板在其自身平面內(nèi)的剛度為無(wú)限大,在平面外的剛度可以忽略，將樓板的作用沿結(jié)構(gòu)高度連續(xù)化，各抗側(cè)力單元在同一標(biāo)高處具有相同的側(cè)移；</p><p>　　2）各抗側(cè)力單元通過(guò)樓板連接，將樓板看作均布在

69、整個(gè)樓層高度上的連續(xù)剛性連桿,從而將整個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為用剛性連桿鉸接而成的各抗側(cè)力單元協(xié)同工作體系；</p><p>　　3）假定作用在結(jié)構(gòu)上的水平荷載（風(fēng)荷載或水平地震作用）的合力作用線通過(guò)結(jié)構(gòu)的剛度中心，因此在水平荷載的作用下，不考慮結(jié)構(gòu)繞豎軸的扭轉(zhuǎn)；</p><p>　　4）若抗側(cè)力單元受到連梁及框架梁的約束作用，假定約束彎矩與抗側(cè)力單元截面轉(zhuǎn)角成正比，并將該作用沿結(jié)構(gòu)的高度連續(xù)化；&l

70、t;/p><p>　　5）結(jié)構(gòu)底部與基礎(chǔ)完全固接，不考慮上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的共同作用；</p><p>　　（2）基于哈密頓體系及精細(xì)積分法推導(dǎo)出建筑結(jié)構(gòu)的剛度矩陣，再利用動(dòng)力時(shí)程分析的精細(xì)積分法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力分析和振動(dòng)控制研究，最后給出一套建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力時(shí)程分析和振動(dòng)控制研究的方法。</p><p>　?。?）整個(gè)計(jì)算過(guò)程比較復(fù)雜，借助計(jì)算機(jī)用MATLAB語(yǔ)言編制相應(yīng)的

71、程序。</p><p><b>　　3.2技術(shù)路線</b></p><p>　　3.3創(chuàng)新點(diǎn) </p><p>　?。?）在建立計(jì)算模型上：將建筑結(jié)構(gòu)看成是各抗側(cè)力單元通過(guò)剛性樓板協(xié)同工作體系，每個(gè)抗側(cè)力單元都計(jì)及彎曲和剪切變形，可看成多個(gè)豎放的并聯(lián)懸臂剪彎梁，并基于鐵摩辛柯梁理論，建立了多個(gè)抗

72、側(cè)力單元共同抵抗外力的并聯(lián)剪彎梁計(jì)算模型。</p><p>　?。?）在分析計(jì)算方法上：基于哈密頓體系及精細(xì)積分法導(dǎo)出建筑結(jié)構(gòu)的剛度矩陣，再利用動(dòng)力時(shí)程分析的精細(xì)積分法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力分析和振動(dòng)控制研究。最后給出了一套建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力時(shí)程分析和振動(dòng)控制研究的新方法，并編制相應(yīng)的Matlab程序。</p><p><b>　　3.4研究進(jìn)度計(jì)劃</b></p>

73、<p>　　2009.10—2010.01 檢閱文獻(xiàn)資料、整理資料、寫(xiě)文獻(xiàn)總結(jié)</p><p>　　2010.02—2010.03 開(kāi)題調(diào)研，準(zhǔn)備開(kāi)題報(bào)告</p><p>　　2010.04—2010.07 進(jìn)行課題相關(guān)研究</p><p>　　2010.08—2010.11 撰寫(xiě)論文，完成初稿</p><p>

74、　　2010.12—2011.01 畢業(yè)論文修改，補(bǔ)充，提高</p><p>　　2011.02—2011.03 準(zhǔn)備學(xué)位論文答辯</p><p>　　四、實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)已具備的條件（包括研究生本人與課題有關(guān)的理論基礎(chǔ)、資料查閱、課題組已有的研究工作基礎(chǔ)，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件等）</p><p><b>　　4.1 理論基礎(chǔ)</b><

75、;/p><p>　　本人在研究生學(xué)習(xí)期間，查閱了大量的關(guān)于本課題有關(guān)的文獻(xiàn)。系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了《高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》，《新編高層建筑結(jié)構(gòu)》，《現(xiàn)代計(jì)算力學(xué)》，《工程結(jié)構(gòu)彈性及彈塑性地震反應(yīng)》，《工程結(jié)構(gòu)減振控制》，《結(jié)構(gòu)振動(dòng)與控制》等關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)理論知識(shí)。</p><p><b>　　4.2工作基礎(chǔ)</b></p><p>　　在導(dǎo)師胡啟平教授和

76、師兄的安排指導(dǎo)下，本人于2009年8月~10月在河北省建研建筑設(shè)計(jì)研究院進(jìn)行實(shí)習(xí)，期間對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震防震方面有了較多的了解，并且認(rèn)真學(xué)習(xí)了建筑抗震規(guī)范以及結(jié)構(gòu)抗震加固和消能減振設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。</p><p>　　經(jīng)費(fèi)來(lái)源于本人研究生科研經(jīng)費(fèi)及導(dǎo)師的課題科研經(jīng)費(fèi)。</p><p><b>　　經(jīng)費(fèi)預(yù)算安排：</b></p><p>　　課題調(diào)