基于复阻尼理论的高层混合结构抗震计算方法研究

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目前抗震界对于混合结构的抗震计算方法通常有两种:一是应变能法,这是当前应用最为广泛的方法;二是基于复振型的组合方法[3637];方法一其实质为采用应变能计算每阶振型等效阻尼比,然后对反应谱曲线进行重新修正的一种对非比例阻尼系统的近似评估方法,该方法不考虑结构阻尼矩阵的非比例特性,计算简便;但是该方法需引入其它假定,同时需计算结构每个单元的应变能,致使在计算大型复杂混合结构时该方法计算效率较低;方法二采用复振型组合方法,理论上较方法一更为合理,考虑了结构阻尼矩阵的非比例特性,但该方法需要组装合理的阻尼矩阵,其缺陷在于求解不唯一,若无其它合理参照,无法判断其计算的合理性;以上两种方法都是基于黏性阻尼理论发展而来,由于方法二缺陷较大同时方法复杂,在工程界极少应用,而方法一简单便捷,当前实际工程中应用广泛,因此为保证本文算法对实际工程具有现实指导意义,本文主要针对方法一作主要探讨。综上可知,采用黏性阻尼理论无法较完善的解决混合结构的抗震计算问题,因此本文另辟路径,采用复阻尼理论,设计了基于复阻尼理论的混合结构抗震计算的算法流程;理论研究发现,单一材料情况下,采用黏性阻尼理论与复阻尼理论的抗震计算结果应一致,对于混合结构,采用复阻尼理论对于混合结构的抗震计算比黏性阻尼理论更为便捷有效;为提高本文算法计算结果的可信度,本文基于国际著名商业有限元计算程序MSC.Nastran作二次开发,根据本文相关理论编制了C++核心计算程序并与国际知名有限元设计软件Midas Gen作算例对比分析,分析结果表明对于单一材料结构,两者计算结果基本一致(误差2%以内);而对于常规多高层混合结构采用Midas Gen应变能法与本文计算结果较吻合,综合全文算例分析表明,Midas Gen应变能法对于常规混合结构也具有较高的合理性;而对于振动特别复杂的结构,采用应变能算法很可能不能正确反映结构构件内力分布情况,使得计算结果出现较大偏差,造成结构安全隐患或者设计不合理。同时,本文算法在计算大型复杂混合结构中更是显现了极高的效率,计算效率几乎是应变能算法的20倍,展现了本文算法的精细化高效化的算法特点,具有较高的工程实际应用价值。
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