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结构抗震的时程分析方法是近年来国际工程界的一个研究热点。随着大量的高层建筑和大型公共建筑开始涌现,人们对建筑的耐震能力也就提出了更高的要求。在这种情况下,很多国家沿用了几十年的振型分解反应谱法的局限也越趋明显,工程界需要精确度更进一步的抗震分析方法,时程分析方法就是一个好的选择。时程分析方法的概念虽然在二十世纪七十年代就已经提出,但是在近十多年来才得以迅速发展,该方法在实际工程中也得到一定的应用。
本文的主要工作是:对频域分析的原理进行深入的研究,在理论的基础上,总结出一套适用于计算多维地震动输入的结构抗震时程分析方法。其中的一个研究重点是应用频域分析方法提出地震动转动分量的计算公式。最后,依照上述的理论和分析方法自主研制了一套能分析框架结构地震作用效应的分析软件SAPS(Seismic action Analysis Program of Structure)。论文主要分三个工作阶段:理论准备及总结分析方法阶段,软件研制及调试阶段,分析算例阶段,三个阶段循序渐进而又环环相扣。
本文对结构抗震分析方法进行了总结分类,介绍了结构抗震分析方法的发展历程,指出了各种分析方法的特点以及优缺点:深入研究了频域分析方法的理论基础,包括傅立叶变换原理和应用计算机实现傅立叶变换的快速傅立叶变换方法;总结出频域分析法中遇到的几个重要问题,给出了较好的解决方法;较为详细地讨论了时程分析法中地震波的输入,重点研究了多维地震波输入下结构的抗震分析。
本文采用vC++,Fortran,ObjectARX等计算机编程语言,自主编制了框架结构抗震分析软件SAPS。软件主要包括前处理程序、核心计算程序和后处理程序三大功能模块。交互式前处理模块是基于AutoCAD平台采用ObjectARX开发的,提供了CAD建模平台;计算核心模块则是采用VC++和Fortran两种语言混合编程开发的,Fortran的强大计算功能保证了程序的分析速度;后处理模块则相对简单,提供的计算结果以文本为主,包括楼层位移图、杆件内力和节点位移等分析结果。最后,本文还使用SAPS软件对两个框架结构的算例进行抗震分析,证实SAPS软件具备良好的精度,具有较好的易用性和较高的计算效率。