基于MATLAB的地震反应谱计算方法的比较

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地震反应谱是进行结构抗震分析与设计的重要工具,反应谱的计算在反应谱法和时域逐步积分方法中有重要地位,引起了学者的重视和广泛研究。而对计算方法优劣的评定常取决于其计算的耗时、稳定性和精度等因素。目前,计算反应谱的方法有很多,以往常规方法主要有中心差分法、Newmark-法、线性加速度法及Wilson-法等,这些方法虽然存在一些弊端,但是其计算精度能够满足一般实际工程计算的需要,仍被广泛应用于工程实践。因此有必要对这些方法进行深入的比较和探讨。目前,我国现行建筑抗震设计规范中对阻尼比规定:混凝土结构通常取0.05,钢结构通常取0.02,阻尼比均比较小,因此利用拟反应谱是可靠的。然而,随着高层和超高层的出现,建筑新形式、新材料的使用、隔震、减震耗能机构的研究以及抗震减灾新要求的不断提出,传统理论也越来越不能适应新要求,使用拟反应谱可能带来较大误差,这应当引起我们的注意。同时,通过反应谱理论分析得到:当周期超过3s以后,结构地震反应已不是由地面加速度控制,而可能是由速度甚至是位移控制。然而,现代的超大跨、超高层和巨型结构的自振周期大都达到了10s以上,如果仍然采用加速度谱来对其进行分析将不合适。我们应当采用能更好反应三个周期段的反应谱来对长周期结构进行分析,而三联反应谱就具有这一特点,它是将位移、速度以及加速度联合反应谱同时表示在一张图上的四坐标对数图,能够使我们更直接地掌握上述三种物理量与结构自振周期之间的控制关系。因此,采用MATLAB的GUI编程三联反应谱图形界面,并将其应用于工程实践,将是一项很有意义的工作。论文基于以上内容,主要进行了以下具体工作:1.基于数值算法的相关研究及应用现状,本文以MATLAB为平台,建立数值算法在不同影响因素下的三维图形,并结合理论对比分析。通过算例进一步分析验证,得出不同数值算法在实际计算中的表现,为工程实际计算中选取哪种积分算法更为合适提供参考。2.通过MATLAB软件分析验证另一类增量形式的Wilson-法和传统的Wilson-法的稳定界限,即取何值时才能保证算法的无条件稳定。同时分析另一类全量形式的Wilson-法的稳定性情况。3.基于对地震反应谱和拟反应谱的理论对比分析,并结合算例进一步比较分析得到不同自振周期T与阻尼比影响下两种反应谱之间的变化情况。4.本文以MATLAB的GUI为平台,编程设计出三联反应谱可视化图形界面,很好的实现了人机交互。
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