框筒结构考虑楼板变形动力特性的模态综合分析

本文研究楼板变形的钢筋砼砼框筒结构的动力特性，采用空间杆，薄板力学模型，将空间整体结构离散为空间质点系，运用二级子结构固定界面模态综合法和静凝聚技术，对考虑楼板变形的框筒结构的动力特性进行了分析并自编一套程序，使规模较大的计算过程在微机上实现。     

基于OpenSees的子结构拟动力试验方法研究

研究了以有限元软件OpenSees为核心计算平台的子结构拟动力试验方法,主要探讨了在OpenSees中实现子结构反应量实时查询、子结构边界条件处理,以及利用OpenSees的通信协议实现试验子结构和整体结构时程分析程序之间位移指令和反馈力的数据交换方法.利用本文方法进行了8层防屈曲支撑高层钢框架的虚拟子结构拟动力试验,试验结果与采用OpenSees进行整体时程分析的结果吻合良好,证明了本文子结构拟动力试验方法的可行性与有效性.     

滚动摩擦隔震结构实时拟动力试验数值积分方法

推导了修正Newmark—β方法动力反应计算公式,用于对采用滚动摩擦隔震系统结构实时拟动力试验中非线性动力方程数值积分求解。将整体结构分为三部分：隔震子结构、试验子结构及计算子结构。对隔震子结构及试验子结构采用显式算法,而对计算子结构采用隐式算法,数值计算结果表明改进后的计算方法比显式算法的稳定性有所改善,降低了实时拟动力试验对数值计算稳定性的限制。     

子结构拟动力试验的模型修正法

分别针对剪切模型和杆系防屈曲支撑模型,采用有限元软件OpenSEES整体时程分析方法,研究了试验子结构数量对子结构拟动力试验结果的影响。结果表明:随着试验子结构数量的增多,试验结果精度逐渐提高,呈现出近似二次抛物线形变化规律。在构件数量较多结构体系中,试验子结构数量较少时,子结构拟动力试验的精度不高,试验的意义不大。针对一个单跨两层带斜撑框架模型,基于OpenSEES进行虚拟子结构拟动力试验,采用最小二乘法,利用试验子结构观测数据,在线识别试验子结构的恢复力模型参数,并实时修正与试验子结构有相同恢复力特性的数值子结构恢复力模型。不同试验工况下试验结果对比表明:即使试验子结构数量受到限制,在子结构拟动力试验过程中,基于最小二乘法模型修正方法可以显著提高子结构拟动力试验的精度。     

基于ABAQUS的子结构拟动力试验方法研究

子结构拟动力试验将整体结构分为数值子结构与试验子结构,数值子结构通常采用研究人员自行编制的程序。研究了以ABAQUS为核心计算软件的子结构动力试验方法,介绍了利用Python语言编制的有限元软件接口,包括利用socket实现数据通讯、ABAQUS数据库的读取与写入以及利用Python在ABAQUS中建立分析步等。利用提出的方法进行了简单的虚拟试验,并与ABAQUS整体分析结果进行比较。比较结果显示了方法的可行性。通过对不同结构的虚拟实验,验证提出的软件通讯接口具有一定的通用性。     

多层框架结构远程协同拟动力试验方法研究

针对国际土木结构试验的网络化发展的趋势,研究了多层剪切型结构模型的远程协同拟动力试验方法,建立了任意选取层子结构时整体结构的动力方程,通过分析三层房屋结构不同的子结构选取方式来研究试验子结构边界条件的模拟.为了验证该试验方法,进行了四层框架结构的远程控制拟动力试验.通过两种不同的子结构选取方式进行对比分析,试验结果表明,本文提出的试验方法是可行的,也为异地不同的实验室之间同时进行数个子结构的多层房屋结构的远程协同拟动力试验提供了可能.     

线性-非线性混合的约束模态综合法及实践

为提高大型复杂结构体系非线性动力问题的计算效率,根据结构存在局部塑性区域的特点,提出了线性-非线性混合的约束模态综合法.对于荷载作用下整体体系中不易进入非线性阶段的部件,将其划分为线性子结构,而将进入塑性变形阶段的局部部件独立划分为非线性子结构,通过坐标变换来缩减线性子结构的自由度,并最终与非线性子结构进行综合求解.使得在降低计算成本的同时,又能够合理地对结构的材料非线性特征加以考虑,是求解大型复杂结构非线性动力问题的有效方法.同时,针对约束模态综合法还提出了基于势能判据的截断准则,利用势能判据的收敛性得出了子结构主模态最佳截断阶数.最后,将该方法及势能判据截断准则应用到高层建筑-地基土非线性地震响应分析问题中,与有限元直接法的对比结果表明,所提出的方法具有更高的计算效率和求解精度,而基于势能判据的截断准则对于混合的约束模态综合法也十分有效.     

基于子结构方法的离散结构协同优化

针对复杂离散结构优化存在设计变量多、寻优困难等问题,提出一种基于子结构方法的分解协调策略,并采用基于子结构分解协同优化框架求解。将大规模结构分解为多个不重叠的、规模较小的子结构,每个子结构对应一个学科。将原优化问题的设计变量、优化目标以及约束分配至各个学科。每一轮系统迭代中,系统层仅进行一次完整结构的有限元分析,学科层执行子结构优化和有限元分析。耦合状态变量由系统层输入,在学科层作为定值。系统层进行整体结构分析后更新耦合状态变量值,以协调学科之间耦合状态变量的差异。该方法将复杂的整体结构优化问题分解为多个并行、独立的子结构优化问题。算例表明:相比于整体结构优化,该协同优化方法显著降低了整体结构分析次数,能够更加稳定地找到更优解。     

在国产计算机上进行高层建筑结构静力与动力分析研究

鉴于内存及外部设备的限制，一般在现有国产计算机上进行大量未知数的高层建 筑结构静力与动力分析是困难的。本文采用了以下力学模型处理和程序技巧［ｌ，２］， 较好地克服了上述困难： （１）多层子结构模式装配和多种荷载模式组合； （２）节点位移的主从关系及相应位移规格数的概念，并在多层子结构自动拼装 中实现了多级位移规格数的传递与修改； （３）采用子结构刚度阵静力凝聚及动力程序和静力程序的“接力”方案，传递 先后计算信息； （４）引入等价膜概念，采用简单而又较精确的计算模型． 工程实例计算表明，上述处理是有效的。从而对现有国产计算机适应日益迫切的 高层建筑结构设计起了推动作用。     

建筑结构动力分析的子结构法

根据建筑结构的特点，本文发展了一种动力子结构法，该法适用于用小型计算机进行建筑结构的动力分析。     

高层建筑结构概念设计

通过分析高层建筑结构的受力性能，阐述了结构概念设计方法，可对建筑师和结构工程师在建筑方案设计时的结构选型起指导作用。     

GPS测量系统和全站仪对在建超高层建筑动力特性的识别

超高层建筑在施工过程中,随着施工高度的逐渐增加,在风荷载、温差和塔吊动荷载的作用下主体结构在施工期的水平位移和结构动力特性会不断发生变化。为了识别超高层建筑在施工过程中,其结构水平位移和结构的动力特性变化情况,应用GPS定位测量系统结合全自动测量机器人——全站仪,实测得到结构在施工期间在两主轴方向的位移时程。并且将GPS数据经过经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)和希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform, HHT)后,再把瞬时频率与施工期间塔楼自振频率接近的部分固有模态函数分量进行叠加,得到结构在施工期间的动位移时程,然后再将经验模态分解后的GPS和全站仪测试数据进行功率谱密度(power spectrum density, PSD)分析,从而得到结构的自振频率。从而识别超高层建筑在施工过程中的结构动力特性,分析结果对超高层建筑施工安全评估具有较大帮助。     

基于SAP2000 API的模态缩减法在高层建筑动力分析中的应用

为解决高层建筑自由度数目巨大导致其动力响应分析工作量大、效率低的弊端,文章在基于SAP2000API接口的基础上,分别运用原有结构整体刚度（静力凝聚法）和结构振型（SEREP法与MODAL法）3种不同方法,对高层建筑建立了简化为“葫芦串”体系的模态缩减方法.算例计算表明,直接基于原有结构整体刚度的模态缩减方法,对于结构的前几阶振型,具有较高的模拟精度；而基于结构振型的模态缩减方法（SEREP法与MO-DAL法）在所取的振型阶数范围内,能够完全一致地保留原结构的振动特性；而在所取的振型阶数范围外,相比于SEREP法,MODAL法能够大致反映结构的振动情况.由于对高层建筑动力分析通常只考虑前几阶模态的情况,文章结合SAT2000 API应用程序接口的功能,应用上述3种模态缩减方法,为自动化和高效化地实现高层建筑动力分析提供了良好的条件.     

高层框筒和筒中筒结构动力特性的简化分析

用连续－离散化方法分析高层建筑筒体结构的动力特性，在导出的等效筒体层间段单元的刚度矩阵中，所采用的位移函数能反映筒体结构的剪力滞后效应，采用筒体的这种等效单元和刚性楼面及结构质量集中于楼面的假定，可使筒体结构的动力特性分析大大简化，与有限单元法比较，具有计算简捷和应用方便的优点，计算表明，该方法具有较高的精度和效率。     

高层建筑风荷载高频测力天平试验技术

风荷载是高层建筑物的主要侧向控制荷载，准确地测量作用于建筑物上的静态和动态风荷载并预测建筑物的动态响应具有重要的工程意义，为此，采用目前国内外应用最广泛的高频动态天平技术对重庆某高层建筑的模型进行了风洞试验，研究了风荷载及其特性，给出了该建筑物在不同风向角的风荷载作用下产生的基底力与力矩系数，为该建筑物的结构抗风设计提供了依据．     

高层、高耸结构抗风动力可靠度

利用风荷载作用下的高层、高耸建筑结构动响应特性，采用振型分解法并结合《建筑结构荷载规范》推导出结构动力响应统计参数的计算公式；根据随机振动的极值理论，利用得到的统计参数，采用正态分布法计算了抗风结构在一次强风作用下的动力可靠度；并通过风荷载出现频率的泊松分布假设，分析得到了抗风结构在设计基准期内的动力可靠度计算公式。算例证明此方法计算简单，易于工程应用。     

连体位置及刚度变化对双塔楼地震响应的影响

双塔楼连体结构中的连接体使得原来彼此独立的单体变成了整体,结构的动力特性和抗震性能发生了很大变化。文章建立一对称双塔楼连体结构的空间模型,然后通过变化连体的位置和刚度,并用有限元分析软件SAP2000进行地震反应的线性时程分析,研究连体对结构的基本自振周期、顶层位移、基底剪力的影响,最后比较分析结果得出连体最优的位置及刚度。     

用共旋坐标有限元法分析高层建筑框架结构的二阶效应

虽然分析平面框架二次效应的方法早在20世纪80年代就已提出,但其中许多工作过分复杂或简单,值得改进.采用共旋坐标法准确地导出了平面梁单元发生大转动小应变时的单元切线刚度矩阵,并利用该单元切线刚度矩阵的列式和Newton-Raphson迭代法开发了1个FORTRAN程序NPFSAP,从而获得了高层框架结构二阶效应的高精度数值解,由此发现高层建筑的二次效应与水平荷载的关系不明显,但建筑物刚度越小,竖向荷载越大,建筑物层数越多,二次效应越明显.提出了1个高层框架中柱二次效应的计算公式,为工程设计人员提供了准确计算框架弯矩的办法.     

考虑变刚度的高层建筑结构空间协同分析

为了对高层建筑结构进行抗震优化分析,提出考虑变刚度的高层建筑结构空间协同分析简化方法.利用等效柱模型,以楼层划分单元,对结构进行分析,每个结点只有2个自由度.采用该方法可使整个结构自由度大大减少,并适用于刚度多阶变化的情况.用该文的方法分析变刚度高层结构简便、合理,并能用于实际工程.