基于数值模拟的结构动力模型试验相似理论研究

论文摘要

结构模型试验虽然是一门古老的技术,但在当前结构工程领域还占有重要地位,尤其是振动台模型试验技术在检验结构抗震设计性能,探索复杂特殊结构本质特性方面起着重要作用。本文首先介绍了相似原理的基本理论及其发展现状和振动台模型试验的主要内容。对近年来国内外已经进行的振动台试验项目进行了系统的梳理总结,归纳出目前在振动台试验领域尚存在的一些问题,并对振动台模型试验领域未来需要继续深入研究的问题进行了初步探讨。通过对振动台试验中几种常用相似规律的回顾,本文针对附加任意人工质量的模型相似律问题进行深入研究,给出了以一致相似律表达的用于附加任意人工质量相似模型设计的相似律。以开源有限元系统OpenSees作为分析工具,本文针对一钢筋混凝土框架结构的振动台模型试验进行了系统的数值模拟研究,给出了原型结构,理想完全人工质量模型,附加40%人工质量欠质量模型及实际试验模型结构的弹性与弹塑性时程分析结果及结构的塑性发展历程,并根据弹塑性时程分析的结果探讨了结构在遭遇罕遇地震作用时的响应。本文根据试验实测结果与结构弹塑性时程分析结果进行了对比分析研究,试验模型实测结果与数值模拟结果吻合较好,验证了本文所采用的有限元分析模型及分析技术的正确性;根据附加40%人工质量欠质量模型的反推值与原型弹塑性有限元分析结果的比较,检验了本文所提出的用于附加任意人工质量相似模型设计的相似律的正确性与可靠性;最后通过理论分析及完全人工质量与实际试验模型弹塑性时程分析结果的对比,初步探讨了振动台试验与计算机数值模拟相互融合技术方面的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 振动台模型试验概述
• 1.2.1 模型试验
• 1.2.2 相似原理
• 1.3 研究现状
• 1.4 研究内容方法与技术路线
• 第2章 模型试验相似理论基础
• 2.1 模型试验及相似原理概述
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 相似原理与量纲分析
• 2.1.3 物理参数的选择
• 2.2 完全相似、欠人工质量与忽略重力相似模型的理论推导
• 2.2.1 完全相似模型
• 2.2.2 欠质量人工质量相似模型
• 2.2.3 忽略重力相似模型
• 2.3 小结
• 第3章 钢筋混凝土框架振动台模型试验数值模拟
• 3.1 OPENSEES有限元程序系统
• 3.1.1 OPENSEES简介
• 3.1.2 OPENSEES系统结构组成
• 3.1.3 材料及单元分析模型
• 3.2 四层钢筋混凝土框架振动台试验
• 3.2.1 模型概况
• 3.2.2 试验工况及地震波选择
• 3.2.3 试验现象
• 3.3 模型结构有限元分析
• 3.3.1 模型动力特性
• 3.3.2 模型时程响应
• 3.3.3 数值模拟中加载模式影响研究
• 3.4 小结
• 第4章 动力相似关系的数值模拟研究
• 4.1 相似关系设计
• 4.2 原型及模型结构数值模拟
• 4.2.1 原型结构概况
• 4.2.2 完全质量模型概况
• 4.2.3 40%欠人工质量模型概况
• 4.3 原型与完全质量模型相似关系研究
• 4.3.1 原型与完全质量模型动力特性对比
• 4.3.2 原型与完全质量模型响应对比
• 4.4 原型与40%欠质量模型相似关系研究
• 4.4.1 原型与40%欠质量模型动力特性对比
• 4.4.2 原型与40%欠质量模型响应对比
• 4.5 完全质量模型与试验模型理论结果对比
• 4.6 小结
• 结论与展望
• 主要结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果