基于IRS动力缩聚方法改进的拟力法的理论研究

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建筑结构的日益复杂化,使得结构分析成本也随之增高,在结构分析研究中亟需一种能够简化结构,应用可靠,又能节约成本的分析方法。拟力法是一种高效的非线性时程分析方法,适用于应变硬化材料、应变软化材料以及弹塑性材料,结合状态空间函数进行结构的动力响应求解,可以提高计算效率。目前,针对拟力法的相关研究和应用大都基于静力缩聚的方法。静力缩聚方法基本思路是忽略副坐标上的惯性力,由动力平衡方程推导主、副自由度上位移关系,并以此对系统矩阵进行缩聚,达到降阶的目的。但是该方法求解动态问题的略高阶振型和频率时,计算误差相对较大。IRS (Improved reduced system,改进的减缩系统法)动力缩聚方法是基于静力缩聚并计入惯性效应的缩聚方法,不仅能有效地缩减动力模型,还具有降阶精度高等特点。本文采用IRS动力缩聚方法改进拟力法,推导出基于IRS方法的拟力法理论公式,考虑了结构的动力特性,运用改进的拟力法对结构进行非线性时程分析,进一步完善了拟力法的基本理论。基于现有的拟力法理论的研究成果,本文进行了修正和改进,具体包括以下内容:(1)回顾了拟力法的国内外研究概况,介绍阐述了拟力法基本理论;总结并比较现阶段常用的动力缩聚理论及研究概况,阐述了公式的推导过程、应用范围和各自的优缺点,详述IRS动力缩聚方法理论的推导过程。(2)提出应用IRS动力缩聚方法改进拟力法的思路,推导基于IRS动力缩聚方法的拟力法理论公式、能量方程以及结构非线性分析状态空间方程。利用MATLAB数值分析工具,编译改进的拟力法分析程序,实现钢框架结构的非线性时程分析。(3)建立钢结构分析模型,应用本文改进的拟力法对结构在地震作用下的响应进行非线性时程分析;与基于静力缩聚的拟力法的计算结果对比分析,验证了运用IRS动力缩聚改进的拟力法进行钢框架非线性分析的可行性与准确性。
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