耦合侧向扭转频率的不对称的三维框架结构.doc

河北工业大学 本科毕业设计（论文）外文翻译适用专业： 土 木 工 程 专 业 学生姓名: 学 号: 091645 班 级：土木093班外文出处（用外文写）:coupled lateraltorsional frequencies of asymmetric,three-dimensional frame structures 指导教师： 职 称： 高级工程师 教师号： 09079 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 提交日期： 2013 年 4 月 18 日 耦合侧向扭转频率的不对称的三维框架结构 卡迪夫工程学院，卡迪夫大学，卡迪夫cf24 3 aa、英国 英国卡迪夫萨罕德科技大学，,邮政信箱51335/1996,大不列颠爱尔兰 摘要：本文提出了一种全局性的为了分析不对称的固有频率的计算方法，在三维框架结构中其中两个正交方向运行的是主要框架，其性质可能有所不同，通过在一阶梯状的方式在一个或多个层的水平的高度的结构，控制微分方程制定替代系统采用的连续法的形式，并提出了一个简单的动态刚度矩阵。这样的提法允许分布式的质量和剪扭耦合刚度。因此，就有了需要的先验特征值问题的解决方案。本文所需的自然频率可以利用有限元素 - 威廉姆斯算法求的，这确保了使用一个阶梯悬臂模型过程不会遗漏天然的频率。当结构可以真实地表示由均匀的悬臂时候，解决方案可以很容易找到手。包括四个参数的研究，立体化非对称框架结构研究方法比有限元分析方法得到的准确。关键词：非对称结构扭转振动耦合、三维模型、刚架、连续介质力学1介绍 在过去的20年来，由于强大的台式电脑的广泛普及和各种廉价的有限元软件做出来高度复杂的，立体的，多海湾的，多层结构已经成为司空见惯的准确性。所得到的模型通常被称为“全球”或“整体”，因为他们是整体结构模型。因此，任何部分之间都是互动的框架，如剪力墙，核心等，或由于耦合结构部件。这种复杂的模型提供了相当大的物理结构和使用的空间布置和详细的设计和分析是完全没问题的。然而，在早期阶段的发展中，如果它在一段时间的快速进化的过程中使用，这样的概念模型在设计过程中耗费的时间是非生产性的。一个引人注目的替代方法是使用一个简单的模型，尤其是对发展的结构类型占主导地位的结构特点。这种为简化全球模型提供了一些潜在的好处。数据准备和分析将会更快;造型程序可能是更简单和更透明的;精度评估或检查在其他地方获得的解决方案通常就足够了，它可以被用来有效地用于改善和发展结构，它直接借鉴工程师的经验和判断，其使用的是一个具有包容性的过程。当使用完全自动化，通用软件时，工程师在用主观判断的方式解决方案的过程中，有时会出现丢失数据。相当数量的研究工作已花费多年来对发展这种近似框架结构的频率分析的方法。最广泛使用的方法，利用连续介质的方法，其中均匀分布，建筑结构中被替换的悬臂梁质量和刚度。这方面的研究最初集中在两维结构，有许多作者开发了各种近似方法，比如（博尔顿，1978; 豪森，2003年;roberts1981; williams等人，1983）;（罗斯曼，1974，1975年）（麦克劳德，1970）和三维对称结构，包括框架，加上剪力墙框架和支撑框架（史密斯和克劳，1986）。 最近近似方法已经被发展为可以处理非对称的振动三维结构，其中的平移和扭转振动模式的耦合。吴旷（2000年，2001年）认为双重不对称的比例结构的问题，其中主要是由剪力墙。为了进行分析，悬臂的等效均匀耦合的弯曲和翘曲扭转变形的结构被替换。进而他延伸了这个概念，研究中允许弯曲和剪切的墙壁框架结构的情况下。然而在这种情况下，框架系统是按比例的，但由于还存在非比例的结构形式，不久后墙框架结构的问题也被他们解决了。（2000年），使用等效偏心技术非比例结构是适当的，但有关的分析仅限于确定加上前两个自然频率的统一结构与单独不对称计划形式。 手算方法也获得了相当的关注，并特别适合检查计算。扎尔卡（2001a，b）在最近的文章中声明，这样的方法可以处理三个维度简称ae，同频率分析支撑框架的建筑物，加上剪墙壁和核心。该文还回顾了类似的相关研究。 许多理论都是kollar研究出来的，他已经由最新的具有同等作用的夹层梁取代了原有的结构，这样既可以模拟修长而宽组成的框架，桁架结构，而且还可以加上剪切的墙壁（potzta和kollar，2003年）。在随后的学术报告中，另一种方法是采用其中更换束的固有频率近似求解。这样，连同其他简化假设，来确定所需的自然频率的简单的公式就被长早出来了（tarjan kollar，2004年）。（basu，1983; kopecsiri和kollar，1999年，b;罗斯曼，1974年，1975年rutenberg; skattum，1971年，史密斯和克劳1986年，史密斯和yoon，1991;扎尔卡，2001b）。 在上面的参考方法中，提供了解决的方案，准确度大都是取决于不同精度的的假设。令人惊讶的是，他们没有允许特性沿高度变化的结构，尽管事实上，这几乎是不可避免，在实际的建筑结构由于高度的原因。因此，本研究的目的，是提出保留本质特征的最简单的模型所需的计算双重不对称的，三维的框架结构的自然频率的整个结构的高度可以是均匀的，从而导致的一个特别简单的手的解决方案，或者可以具有属性的阶跃变化，在一个或多个层的水平。2问题陈述 本文考虑建筑结构类包括两维正交并且没有额外支撑或剪力墙的结构。这样的结构的横向振动，是众所周知的，其特征在于由三种类型的结构作用，把整体的弯曲和局部弯曲作为一个整体，层高间剪切结构。局部弯曲的框架的横向振动通常很小，在最实际的情况下，通常可以忽略不计。另一方面，在整体弯曲情况，由于有限的轴向刚度的列的效果逐渐变得更加重要，因为长条的结构增加。他们提出的理论模型，跨层剪切完全取决于当地弯曲的影响，被认为是微不足道的竖向柱被假定为不可伸长，从而不允许整体弯曲的可能性。遗漏后两项是合理的，他们结合的效果进行了评估，表示可能限制模型应用cability通过参数研究。解剖原有的建筑结构与模型的基本做法是分解，通常通过切割结构水平层高的适当关系的变化，分析相应的那些层高的水平变化。因此，在任何两个相邻的切平面之间的段之内所包含的层都是相同的。一个典型的结构，然后考虑隔离。最初，在一个方向上的主框架所取代的替代剪切梁。这个部分均匀分布的质量和刚度和不寻常的特性，它是允许剪切变形的，但没有弯曲变形。反过来，每个轴在同一方向上运行由它自己的替代束代替所有这些弯曲的效果是相加建模的方向边际中的效果这直接导致无法确定运动的微分方程选择的方向。然后通过同样的程序是在正交方向上运行的那些部分。一旦建立了这两个方程，它需要一点力气写下耦合的扭转运动替代表达式。由此形成的三个方程随后精确求解是动态刚度的形式构成。然后，可以使用以重新产生的耦合剪切扭转梁式的元件以通常的方式通过组装各个分部的动态刚度矩阵的原始结构来求解。很显然，在元素配方的最终模型中有一个先验依赖频率参数，所需的固有频率，因此决定通过求解该模型使用本文有限元素威廉姆斯算法的基础上，利用准确的技术，可以保证任何所求的固有频率的准确性并且确保没有忽略任何自然频率。3理论 考虑到假设一个典型的不对称结构，三维框架结构平面图布局的平面框架在两个正交的方向上运行，它是假设在每一层的剪切中心有一条垂直线，贯穿该结构的整个高度。这种情况是自动运行的平行于x轴的轴满足所有比例的时候，所有的比例，即其刚度可以从任意帧的线性缩放矩阵，同样地，并行运行的力在y轴上，虽然任意的帧在两个方向上是相同的。4讨论 有人提到振动的三维框架结构的特点是，在三种类型的结构作用，局部弯曲，弯曲和全局层高剪切。建议剪切器sion模型层高间剪切准确，但缺乏任何来自当地的刚度弯曲。因此，该模型是在这些领域比原来的结构更加灵活，当地弯曲是重要的，因此自然频率将被低估。另一方面，某些柱被假定为不可伸长的，因此，该模型高估的频率是影响全局弯曲的。由于局部弯曲是建筑物中最突出的低细长建筑物和全局弯曲是建筑物中最突出的比较高的细长的建筑物，这个是在模型中得出的结果并且完全在可接受的范围内的建筑物中应用。5结论 在已经制定了一个简单而准确的模型计算较低的固有频率对应的振动中，高层建筑结构的整体模式。在这个范围内，它包括许多几何配置，从双对称结构的统一结构计划到不对称的阶跃变化的部分属性在任何数量的层高水平都存在。该模型已假设均匀分布的质量和刚度，因此，有需要的解决方案先