基于全时程迭代的金属阻尼器减震结构地震响应分析方法研究

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耗能减震技术经过几十年的发展,种类更加多样化,理论更加成熟,成为控制结构地震响应和损伤的有效手段。其中金属阻尼器,具有造价低廉、施工方便且容易替换等优点,在世界各主要地震区得到广泛应用。对结构体系而言,弹性动力分析理论和计算程序已非常成熟。然而金属阻尼器具有一定程度的非线性受力行为,使得整体结构形成了典型的局部非线性体系,以致地震响应分析难度增加。目前多遇地震下金属阻尼器减震结构的动力响应分析一般采用两种方法:一是利用数值积分方法对整体非线性运动方程进行时程分析,该方法计算效率低且存在因非线性导致的失稳问题;二是等效线性化方法,此类方法常根据预期最大结构反应计算等效参数,未考虑结构响应时程对等效参数的影响。于此,本文在已有研究的基础上,提出了基于全时程迭代的金属阻尼器地震响应分析方法,并通过理论分析和数值模拟探讨了方法的精度和稳定性。本文具体研究和结论如下:(1)针对金属阻尼器减震结构的局部非线性特征,引入Sherman-Morrison定理降低Rosenbrock积分方法中逆矩阵的维度,形成高效的精细化地震响应分析方法。通过算例证明了改进后方法与原方法结果基本相同,但计算效率得到明显提升。(2)从线性化基本理论出发,根据阻尼器减震结构的地震响应规律,通过系统的理论推导,提出了等效线性化参数的计算公式。然后在已有研究的基础上,提出基于切线刚度平均和加权平均的两种等效附加刚度计算公式。通过算例对比分析了不同的等效参数计算公式的计算精度,计算结果表明理论推导的等效参数计算公式误差较小。(3)基于全时程迭代的思想,提出了金属阻尼器减震结构地震响应分析方法。通过剪切结构模型和平面框架模型的算例分析,验证了方法具备良好的收敛性和可靠性。
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