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基础隔震建筑结构动力时程分析的精细积分法

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 叠层橡胶隔震结构体系研究现状

1.3 计算模型

1.3.1 单质点隔震结构动力分析模型

1.3.2 多质点平动隔震动力分析模型

1.4 隔震结构地震响应分析方法

1.4.1 弹性静力法

1.4.2 非线性静力法

1.4.3 反应谱法

1.4.4 动力时程分析法

1.4.5 随机振动法

1.5 动力时程分析研究现状

1.6 哈密顿体系及精细积分法研究现状

1.7 本文的研究内容和关键技术

第2章 相关基本理论

2.1 叠层橡胶支座的构造特性

2.2 叠层橡胶垫的形状系数

2.2.1 第一形状系数

2.2.2 第二形状系数

2.3 叠层橡胶支座的力学基本特性

2.3.1 叠层橡胶垫的力学模型

2.3.2 轴向承载力特性和竖向刚度

2.3.3 剪压承载力及水平剪切变形

2.4 叠层橡胶支座刚度值和阻尼值

2.4.1 水平刚度和阻尼

2.4.2 等效刚度和等效阻尼

2.4.3 水平刚度和阻尼比的计算规定

2.5 地震波选取方法

2.5.1 地震波选取的重要性及控制指标

2.5.2 我国规范对于地震波选取的建议

2.6 哈密顿体系和刚度矩阵

2.6.1 哈密顿体系的一般表述

2.6.2 结构每层的区段混合能计算

2.6.3 结构的整体刚度矩阵

2.7 MATLAB语言简介

2.8 本章小结

第3章 结构动力方程的求解

3.1 动力方程的常用解法

3.2 求解动力方程的精细积分法

3.2.1 微分方程降阶

3.2.2 指数矩阵的精细积分法

3.2.3 特解的计算

3.3 本章小结

第4章 基础隔震框架结构动力时程分析

4.1 基本假定和计算模型

4.2 运动方程的建立

4.3 上部结构的质量阵和阻尼阵

4.4 上部结构的层单元刚度阵和整体刚度矩阵

4.5 隔震框架结构的刚度阵、质量阵和阻尼阵

4.6 结构自振周期的计算

4.7 应用橡胶基础隔震结构的运动方程求解

4.8 程序框图

4.9 计算实例

4.9.1 算例1

4.9.2 算例2

4.10 本章小结

第5章 基础隔震框架-剪力墙结构动力时程分析

5.1 基本假定和计算模型

5.1.1 基本假定

5.1.2 计算模型

5.2 上部结构的刚度阵

5.2.1 上部结构的总势能

5.2.2 拉格朗日函数及哈密顿体系

5.2.3 上部结构单元刚度及整体刚度矩阵

5.3 上部结构质量阵阻尼阵

5.4 运动方程的建立

5.5 隔震框架-剪力墙结构的刚度阵、阻尼阵和质量阵

5.6 运动方程求解

5.7 程序框图

5.8 计算实例

5.8.1 算例1

5.8.2 算例2

5.9 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

个人简介

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果

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摘要

地震灾害严重威胁着人类生命、财产安全。而人类也正是在与地震斗争的过程中不断进步,抗震理论与技术得以不断发展和完善,各种新的防灾减灾技术层出不穷。在这样的背景下,基础隔震技术应运而生。基础隔震结构是指通过在基础顶部与结构底部设置隔震层,从而使结构分为上部结构和基础两部分。近些年来,国内外学者对应用基础隔震系统的建筑结构进行了分析计算和试验研究,研究表明,在结构的设计过程中,只要选择合适的刚度和阻尼,结构在地震动下的加速度反应大幅降低。由于原理简单明了、造价低、减震效果好,隔震结构已经成为了新世纪以来建筑结构抗震的发展新趋势。所以对采用基底隔震体系的结构进行动力分析具有重要的现实意义。
  本文基于哈密顿理论,应用动力时程分析法来研究应用叠层橡胶基础的框架结构和框架-剪力墙结构在多遇地震作用下的变化过程。对于框架结构采用层剪切模型,通过计算得到了结构的层抗推刚度后,再根据地震过程中中间楼层与上下两楼层之间的运动方程关系,推导出了结构的整体刚度矩阵。对于框架-剪力墙结构,其上部结构采用并联铁摩辛柯梁模型,考虑地震作用下结构的剪切变形和弯曲变形,基于哈密顿体系和精细积分法导出层单元刚度矩阵,应用有限元法集成上部结构整体刚度矩阵。应用达朗贝尔原理分别列出地震动下上部结构和隔震层的运动方程,再利用数值代换的方法将两方程合并成同一方程。最后,采用动力时程分析的精细积分法并用MATLAB语言编制相应程序对工程实例进行动力时程分析,求得高精度的地震响应值。结果表明,基础隔震结构相对于传统抗震结构基础隔震结构的层间位移、速度、加速度等都有明显减小,减震效果明显。总之,本课题的研究对建筑结构抗震工程具有现实意义。

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