基于哈密顿体系的框剪结构动力时程分析

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1、·46·2014年第3期2014年6月SichuanBuildingMaterials第40卷总第179期DOI：10.3969/j.issn.1672-4011.2014.03.021基于哈密顿体系的框剪结构动力时程分析12王颖,胡启平(1.安徽新华学院土木与环境工程学院,安徽合肥230088;2.河北工程大学土木工程学院,河北邯郸056038)摘要:本文采用框剪结构的并联铁摩辛柯梁模型，suchasframestructures,shearwallstructures,tube-in-tube从结构总势能出发，求得框剪结构非连续化假定下协同分structuresandsoo

2、n.析的哈密顿对偶体系，由两端边值问题精细积分法中的区Keywords：frame-shearwallstructure;dynamictime段混合能矩阵推导出结构的层单元刚度矩阵，利用有限元historyanalysis;preciseintegrationmethod;Hamiltoniandual刚度集成法形成总刚矩阵;然后采用初值问题的精细积分system法对框剪结构进行动力时程分析，并采用Matlab编制相应0前言的程序。以某10层框剪结构为例，验证了本文方法的可靠性与可行性，本方法也适用于其它高层建筑结构如框架、近年来,建筑结构发展趋向于高柔化、轻质化,其在剪力墙、筒中筒等结

3、构。地震等作用下更易产生振动和大幅变形,因此对建筑结构关键词:框剪结构;动力时程分析;精细积分法;哈进行动力分析具有重要的现实意义。目前,国内外许多学密顿对偶体系者普遍采用动力时程分析法对高层建筑结构的地震响应进+中图分类号:TU973.16文献标志码:A[1-3]行研究。然而在求解过程中,一是采用有限单元法计文章编号:1672-4011(2014)03-0046-04算单元刚度矩阵,累计误差通常较大;另外在求解动力方程时,采用只具有一阶或二阶精度的传统Newmark-β和DynamicTimeHistoryAnalysisofFrame-ShearWilson-θ法,计算结果精度较低,尤

4、其是在高频阶段。钟WallStructuresUsingtheHamiltonianDualSystem[4-6]万勰等后来提出了哈密顿对偶体系及求解动力方程的12WANGYing,HUQiping精细积分法,从而能够求得地震反应下的高精度数值解。(1.CollegeofCivilandEnvironmentalEngineering,AnhuiXin-本文在以上研究的基础上,基于哈密顿体系理论,由huaUniversity,Hefei230088,China;2.CollegeofCivilEngineer-两端边值问题精细积分法中的区段混合能矩阵,导出框剪ing,HebeiUniver

5、sityofEngineering,Handan056038,China)结构的层单元刚度矩阵,利用有限元刚度集成法形成总刚矩阵,采用初值问题的精细积分法来求解动力方程,进一Abstract：Parallelshear-bendingbeammodelofframe-步提高了地震反应数值解的计算精度。shearwallstructuresisusedforthedynamictimehistoryanaly_sis.Accordingtothetotalpotentialenergyofstructure,the1基本假定Hamiltoniandualsystemofcoordinatio

6、nanalysisunderthedis_框剪结构是由框架和剪力墙两种类型的抗侧力单元组continuousassumptionisestablishedforframe-shearwallstruc_成,本文中把每榀框架和剪力墙均看作竖放的铁摩辛柯梁,ture.Thelayerelementstiffnessmatrixisintroducedaccording每个抗侧力单元都考虑其弯曲和剪切变形;楼板是弹性的,tointervalmixedenergymatrixwhichisbasedontheprecisein_可看作平放的深梁,只考虑其剪切变形,而且楼板的作用tegrationm

7、ethodofthedoubleendboundaryvalueproblems,[7]不沿结构高度连续化,而是认为作用在结构楼层的标高andtheglobalstiffnessmatrixofstructurecanbeestablishedac_处,各榀平面抗侧力单元在同一楼板高度处的侧向位移是cordingtothefiniteelementstiffnessintegrationmethod.Even_不相同的。