耦合側(cè)向扭轉(zhuǎn)頻率的不對(duì)稱(chēng)的三維框架結(jié)構(gòu).doc

河北工業(yè)大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯適用專(zhuān)業(yè)： 土 木 工 程 專(zhuān) 業(yè) 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 091645 班 級(jí)：土木093班外文出處（用外文寫(xiě)）:coupled lateraltorsional frequencies of asymmetric,three-dimensional frame structures 指導(dǎo)教師： 職 稱(chēng)： 高級(jí)工程師 教師號(hào)： 09079 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 提交日期： 2013 年 4 月 18 日 耦合側(cè)向扭轉(zhuǎn)頻率的不對(duì)稱(chēng)的三維框架結(jié)構(gòu) 卡迪夫工程學(xué)院，卡迪夫大學(xué)，卡迪夫cf24 3 aa、英國(guó) 英國(guó)卡迪夫薩罕德科技大學(xué)，,郵政信箱51335/1996,大不列顛愛(ài)爾蘭 摘要：本文提出了一種全局性的為了分析不對(duì)稱(chēng)的固有頻率的計(jì)算方法，在三維框架結(jié)構(gòu)中其中兩個(gè)正交方向運(yùn)行的是主要框架，其性質(zhì)可能有所不同，通過(guò)在一階梯狀的方式在一個(gè)或多個(gè)層的水平的高度的結(jié)構(gòu)，控制微分方程制定替代系統(tǒng)采用的連續(xù)法的形式，并提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)剛度矩陣。這樣的提法允許分布式的質(zhì)量和剪扭耦合剛度。因此，就有了需要的先驗(yàn)特征值問(wèn)題的解決方案。本文所需的自然頻率可以利用有限元素 - 威廉姆斯算法求的，這確保了使用一個(gè)階梯懸臂模型過(guò)程不會(huì)遺漏天然的頻率。當(dāng)結(jié)構(gòu)可以真實(shí)地表示由均勻的懸臂時(shí)候，解決方案可以很容易找到手。包括四個(gè)參數(shù)的研究，立體化非對(duì)稱(chēng)框架結(jié)構(gòu)研究方法比有限元分析方法得到的準(zhǔn)確。關(guān)鍵詞：非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)耦合、三維模型、剛架、連續(xù)介質(zhì)力學(xué)1介紹 在過(guò)去的20年來(lái)，由于強(qiáng)大的臺(tái)式電腦的廣泛普及和各種廉價(jià)的有限元軟件做出來(lái)高度復(fù)雜的，立體的，多海灣的，多層結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為司空見(jiàn)慣的準(zhǔn)確性。所得到的模型通常被稱(chēng)為“全球”或“整體”，因?yàn)樗麄兪钦w結(jié)構(gòu)模型。因此，任何部分之間都是互動(dòng)的框架，如剪力墻，核心等，或由于耦合結(jié)構(gòu)部件。這種復(fù)雜的模型提供了相當(dāng)大的物理結(jié)構(gòu)和使用的空間布置和詳細(xì)的設(shè)計(jì)和分析是完全沒(méi)問(wèn)題的。然而，在早期階段的發(fā)展中，如果它在一段時(shí)間的快速進(jìn)化的過(guò)程中使用，這樣的概念模型在設(shè)計(jì)過(guò)程中耗費(fèi)的時(shí)間是非生產(chǎn)性的。一個(gè)引人注目的替代方法是使用一個(gè)簡(jiǎn)單的模型，尤其是對(duì)發(fā)展的結(jié)構(gòu)類(lèi)型占主導(dǎo)地位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。這種為簡(jiǎn)化全球模型提供了一些潛在的好處。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和分析將會(huì)更快;造型程序可能是更簡(jiǎn)單和更透明的;精度評(píng)估或檢查在其他地方獲得的解決方案通常就足夠了，它可以被用來(lái)有效地用于改善和發(fā)展結(jié)構(gòu)，它直接借鑒工程師的經(jīng)驗(yàn)和判斷，其使用的是一個(gè)具有包容性的過(guò)程。當(dāng)使用完全自動(dòng)化，通用軟件時(shí)，工程師在用主觀(guān)判斷的方式解決方案的過(guò)程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)丟失數(shù)據(jù)。相當(dāng)數(shù)量的研究工作已花費(fèi)多年來(lái)對(duì)發(fā)展這種近似框架結(jié)構(gòu)的頻率分析的方法。最廣泛使用的方法，利用連續(xù)介質(zhì)的方法，其中均勻分布，建筑結(jié)構(gòu)中被替換的懸臂梁質(zhì)量和剛度。這方面的研究最初集中在兩維結(jié)構(gòu)，有許多作者開(kāi)發(fā)了各種近似方法，比如（博爾頓，1978; 豪森，2003年;roberts1981; williams等人，1983）;（羅斯曼，1974，1975年）（麥克勞德，1970）和三維對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，包括框架，加上剪力墻框架和支撐框架（史密斯和克勞，1986）。 最近近似方法已經(jīng)被發(fā)展為可以處理非對(duì)稱(chēng)的振動(dòng)三維結(jié)構(gòu)，其中的平移和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模式的耦合。吳曠（2000年，2001年）認(rèn)為雙重不對(duì)稱(chēng)的比例結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，其中主要是由剪力墻。為了進(jìn)行分析，懸臂的等效均勻耦合的彎曲和翹曲扭轉(zhuǎn)變形的結(jié)構(gòu)被替換。進(jìn)而他延伸了這個(gè)概念，研究中允許彎曲和剪切的墻壁框架結(jié)構(gòu)的情況下。然而在這種情況下，框架系統(tǒng)是按比例的，但由于還存在非比例的結(jié)構(gòu)形式，不久后墻框架結(jié)構(gòu)的問(wèn)題也被他們解決了。（2000年），使用等效偏心技術(shù)非比例結(jié)構(gòu)是適當(dāng)?shù)?，但有關(guān)的分析僅限于確定加上前兩個(gè)自然頻率的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)與單獨(dú)不對(duì)稱(chēng)計(jì)劃形式。 手算方法也獲得了相當(dāng)?shù)年P(guān)注，并特別適合檢查計(jì)算。扎爾卡（2001a，b）在最近的文章中聲明，這樣的方法可以處理三個(gè)維度簡(jiǎn)稱(chēng)ae，同頻率分析支撐框架的建筑物，加上剪墻壁和核心。該文還回顧了類(lèi)似的相關(guān)研究。 許多理論都是kollar研究出來(lái)的，他已經(jīng)由最新的具有同等作用的夾層梁取代了原有的結(jié)構(gòu)，這樣既可以模擬修長(zhǎng)而寬組成的框架，桁架結(jié)構(gòu)，而且還可以加上剪切的墻壁（potzta和kollar，2003年）。在隨后的學(xué)術(shù)報(bào)告中，另一種方法是采用其中更換束的固有頻率近似求解。這樣，連同其他簡(jiǎn)化假設(shè)，來(lái)確定所需的自然頻率的簡(jiǎn)單的公式就被長(zhǎng)早出來(lái)了（tarjan kollar，2004年）。（basu，1983; kopecsiri和kollar，1999年，b;羅斯曼，1974年，1975年rutenberg; skattum，1971年，史密斯和克勞1986年，史密斯和yoon，1991;扎爾卡，2001b）。 在上面的參考方法中，提供了解決的方案，準(zhǔn)確度大都是取決于不同精度的的假設(shè)。令人驚訝的是，他們沒(méi)有允許特性沿高度變化的結(jié)構(gòu)，盡管事實(shí)上，這幾乎是不可避免，在實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)由于高度的原因。因此，本研究的目的，是提出保留本質(zhì)特征的最簡(jiǎn)單的模型所需的計(jì)算雙重不對(duì)稱(chēng)的，三維的框架結(jié)構(gòu)的自然頻率的整個(gè)結(jié)構(gòu)的高度可以是均勻的，從而導(dǎo)致的一個(gè)特別簡(jiǎn)單的手的解決方案，或者可以具有屬性的階躍變化，在一個(gè)或多個(gè)層的水平。2問(wèn)題陳述 本文考慮建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)包括兩維正交并且沒(méi)有額外支撐或剪力墻的結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)的橫向振動(dòng)，是眾所周知的，其特征在于由三種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)作用，把整體的彎曲和局部彎曲作為一個(gè)整體，層高間剪切結(jié)構(gòu)。局部彎曲的框架的橫向振動(dòng)通常很小，在最實(shí)際的情況下，通?？梢院雎圆挥?jì)。另一方面，在整體彎曲情況，由于有限的軸向剛度的列的效果逐漸變得更加重要，因?yàn)殚L(zhǎng)條的結(jié)構(gòu)增加。他們提出的理論模型，跨層剪切完全取決于當(dāng)?shù)貜澢挠绊?，被認(rèn)為是微不足道的豎向柱被假定為不可伸長(zhǎng)，從而不允許整體彎曲的可能性。遺漏后兩項(xiàng)是合理的，他們結(jié)合的效果進(jìn)行了評(píng)估，表示可能限制模型應(yīng)用cability通過(guò)參數(shù)研究。解剖原有的建筑結(jié)構(gòu)與模型的基本做法是分解，通常通過(guò)切割結(jié)構(gòu)水平層高的適當(dāng)關(guān)系的變化，分析相應(yīng)的那些層高的水平變化。因此，在任何兩個(gè)相鄰的切平面之間的段之內(nèi)所包含的層都是相同的。一個(gè)典型的結(jié)構(gòu)，然后考慮隔離。最初，在一個(gè)方向上的主框架所取代的替代剪切梁。這個(gè)部分均勻分布的質(zhì)量和剛度和不尋常的特性，它是允許剪切變形的，但沒(méi)有彎曲變形。反過(guò)來(lái)，每個(gè)軸在同一方向上運(yùn)行由它自己的替代束代替所有這些彎曲的效果是相加建模的方向邊際中的效果這直接導(dǎo)致無(wú)法確定運(yùn)動(dòng)的微分方程選擇的方向。然后通過(guò)同樣的程序是在正交方向上運(yùn)行的那些部分。一旦建立了這兩個(gè)方程，它需要一點(diǎn)力氣寫(xiě)下耦合的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)替代表達(dá)式。由此形成的三個(gè)方程隨后精確求解是動(dòng)態(tài)剛度的形式構(gòu)成。然后，可以使用以重新產(chǎn)生的耦合剪切扭轉(zhuǎn)梁式的元件以通常的方式通過(guò)組裝各個(gè)分部的動(dòng)態(tài)剛度矩陣的原始結(jié)構(gòu)來(lái)求解。很顯然，在元素配方的最終模型中有一個(gè)先驗(yàn)依賴(lài)頻率參數(shù)，所需的固有頻率，因此決定通過(guò)求解該模型使用本文有限元素威廉姆斯算法的基礎(chǔ)上，利用準(zhǔn)確的技術(shù)，可以保證任何所求的固有頻率的準(zhǔn)確性并且確保沒(méi)有忽略任何自然頻率。3理論 考慮到假設(shè)一個(gè)典型的不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，三維框架結(jié)構(gòu)平面圖布局的平面框架在兩個(gè)正交的方向上運(yùn)行，它是假設(shè)在每一層的剪切中心有一條垂直線(xiàn)，貫穿該結(jié)構(gòu)的整個(gè)高度。這種情況是自動(dòng)運(yùn)行的平行于x軸的軸滿(mǎn)足所有比例的時(shí)候，所有的比例，即其剛度可以從任意幀的線(xiàn)性縮放矩陣，同樣地，并行運(yùn)行的力在y軸上，雖然任意的幀在兩個(gè)方向上是相同的。4討論 有人提到振動(dòng)的三維框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，在三種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)作用，局部彎曲，彎曲和全局層高剪切。建議剪切器sion模型層高間剪切準(zhǔn)確，但缺乏任何來(lái)自當(dāng)?shù)氐膭偠葟澢?。因此，該模型是在這些領(lǐng)域比原來(lái)的結(jié)構(gòu)更加靈活，當(dāng)?shù)貜澢侵匾?，因此自然頻率將被低估。另一方面，某些柱被假定為不可伸長(zhǎng)的，因此，該模型高估的頻率是影響全局彎曲的。由于局部彎曲是建筑物中最突出的低細(xì)長(zhǎng)建筑物和全局彎曲是建筑物中最突出的比較高的細(xì)長(zhǎng)的建筑物，這個(gè)是在模型中得出的結(jié)果并且完全在可接受的范圍內(nèi)的建筑物中應(yīng)用。5結(jié)論 在已經(jīng)制定了一個(gè)簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確的模型計(jì)算較低的固有頻率對(duì)應(yīng)的振動(dòng)中，高層建筑結(jié)構(gòu)的整體模式。在這個(gè)范圍內(nèi)，它包括許多幾何配置，從雙對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)計(jì)劃到不對(duì)稱(chēng)的階躍變化的部分屬性在任何數(shù)量的層高水平都存在。該模型已假設(shè)均勻分布的質(zhì)量和剛度，因此，有需要的解決方案先