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基于Bouc-Wen模型的消能减震结构显式非线性时程分析

曹胜涛 李志山 刘付钧 黄忠海

曹胜涛, 李志山, 刘付钧, 黄忠海. 基于Bouc-Wen模型的消能减震结构显式非线性时程分析[J]. 工程力学, 2019, 36(S1): 17-24. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.S002
引用本文: 曹胜涛, 李志山, 刘付钧, 黄忠海. 基于Bouc-Wen模型的消能减震结构显式非线性时程分析[J]. 工程力学, 2019, 36(S1): 17-24. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.S002
CAO Sheng-tao, LI Zhi-shan, LIU Fu-jun, HUANG Zhong-hai. EXPLICIT NONLINEAR TIME HISTORY ANALYSIS OF ENERGY DISSIPATION STRUCTURES BASED ON BOUC-WEN MODEL[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(S1): 17-24. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.S002
Citation: CAO Sheng-tao, LI Zhi-shan, LIU Fu-jun, HUANG Zhong-hai. EXPLICIT NONLINEAR TIME HISTORY ANALYSIS OF ENERGY DISSIPATION STRUCTURES BASED ON BOUC-WEN MODEL[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(S1): 17-24. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.S002

基于Bouc-Wen模型的消能减震结构显式非线性时程分析

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.S002
基金项目: “十三五”国家重点研发计划高性能计算重点专项(2016YFB0200605)
详细信息
    作者简介:

    曹胜涛(1985-),男,河北邢台人,工程师,博士,主要从事非线性有限元和结构振动控制研究(E-mail:shengtaocao@163.com);刘付钧(1970-),男,广东化州人,教授级高级工程师,博士,主要从事建筑结构设计与研究(E-mail:liufujun@gzrbs.com);黄忠海(1981-),男,广西桂平人,高工,硕士,主要从事高层建筑结构设计与研究(E-mail:huangzhonghai19@163.com).

    通讯作者: 李志山(1966-),男,广东清远人,教授,博士,主要从事结构抗震减震方面的数值分析研究(E-mail:1059607480@qq.com).
  • 中图分类号: TU311.3;TU311.41

EXPLICIT NONLINEAR TIME HISTORY ANALYSIS OF ENERGY DISSIPATION STRUCTURES BASED ON BOUC-WEN MODEL

  • 摘要: 该文基于Bouc-Wen模型构造了一种2节点12自由度的显式消能器单元;利用修正的向前Euler算法实现了单元内力计算。将该文显式单元及其内力计算方法在完全自主研发的非线性有限元分析程序中完成开发。为提高显式分析效率,自主研发程序采用了CPU+GPU异构并行计算技术。通过与低屈服点钢剪切滞回试验对比,验证了该文显式消能器单元的正确性和适用性。采用该文显式消能器单元模拟某实际消能减震结构的金属消能器;基于结构整体动力分析结果,讨论了金属消能器的减震效果。
  • [1] JGJ 297-2013, 建筑消能减震技术规程[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2013:2-4. JGJ 297-2013, Technical specification for seismic energy dissipation[S]. Beijing:China Architecture and Building Press, 2013:2-4. (in Chinese)
    [2] Kelly J M, Skinner R I, Heine A J. Mechanics of energy absorption in special devices for use in earthquake resistant structures[J]. Bulletin of the New Zealand Society for Earthquake Engineering, 1972, 5(3):63-68.
    [3] 欧进萍, 吴斌. 摩擦型与软钢屈服型耗能器的性能与减振效果的试验比较[J]. 地震工程与工程振动, 1995, 15(3):73-87. Ou Jinping, Wu Bin. Experimental comparison of the properties of friction and mild steel yielding energy dissipators and their effects on reducing vibration of structure under earthquakes[J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 1995, 15(3):73-87. (in Chinese)
    [4] 周云, 邓雪松, 汤统壁, 等. 中国(大陆)耗能减震技术理论研究、应用的回顾与前瞻[J]. 工程抗震与加固改造, 2006, 28(6):1-15. Zhou Yun, Deng Xuesong, Tang Tongbi, et al. State of the art and prospect of energy dissipation technology in China mainland[J]. Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting, 2006, 28(6):1-15. (in Chinese)
    [5] 黄忠海, 刘付钧, 李盛勇, 等. 基于消能减震的带消能墙框架结构体系的研究与应用[J]. 建筑结构, 2017, 47(8):33-40. Huang Zhonghai, Liu Fujun, Li Shengyong, et al. Study and application of energy dissipation-based frame structure with energy dissipation wall[J]. Building Structure, 2017, 47(8):33-40. (in Chinese)
    [6] 刘付钧, 黄忠海, 李盛勇, 等. RBS消能墙在厦门湖心岛超高层住宅中的应用[J]. 建筑结构, 2015, 45(22):18-23. Liu Fujun, Huang Zhonghai, Li Shengyong, et al. Application of RBS energy dissipation wall to high-rise residence of Xiamen Heart of Lake[J]. Building Structure, 2015, 45(22):18-23. (in Chinese)
    [7] Bouc R. Modèle mathématique d'hysteresis[J]. Acustica, 1971, 24(1):16-25.
    [8] Wen Y K. Method for random vibration of hysteretic systems[J]. ASCE Journal of the Engineering Mechanics, 1976, 102(2):249-263.
    [9] Ikhouane F, Manosa V, Rodellar J. Dynamic properties of the hysteretic Bouc-Wen model[J]. Systems and Control Letters, 2007, 56(3):197-205.
    [10] Sengupta P, Li B. Modified Bouc-Wen model for hysteresis behavior of RC beam-column joints with limited transverse reinforcement[J]. Engineering Structures, 2013(46):392-406.
    [11] 李建勤, 高向宇, 刘超, 等. 基于改进Bouc-Wen模型防屈曲支撑的参数识别[J]. 北京工业大学学报, 2016, 42(2):245-252. Li Jianqin, Gao Xiangyu, Liu Chao, et al. Parametric identification of BRB based on the improved Bouc-Wen model[J]. Journal of Beijing University of Technology, 2016, 42(2):245-252. (in Chinese)
    [12] 赵隆茂, 杨桂通. 动力响应数值分析中的hourglass现象[J]. 计算力学学报, 2003, 20(1):53-58. Zhao Longmao, Yang Guitong. An investigation on the hourglass mode in the dynamic response numerical analyses of structures[J]. Chinese Journal of Computational Mechanics, 2003, 20(1):53-58. (in Chinese)
    [13] 王勖成. 有限单元法[M]. 北京:清华大学出版社, 2003:302-331. Wang Xucheng. Finte element method[M]. Beijing:Tsinghua University Press, 2003:302-331. (in Chinese)
    [14] Kirk D B, Wen-Mei W H. Programming massively parallel processors:A hands-on approach[M]. New York:Elsevier Science, 2017:19-41.
    [15] 曹胜涛, 李志山, 刘付钧. 一种非比例振型阻尼模型及在大规模非线性分析中的应用[J]. 工程力学, 2018, 35(11):162-171. Cao Shengtao, Li Zhishan, Liu Fujun. A non-proportional modal damping model and its application in nonlinear analysis of large-scale structures[J]. Engineering Mechanics, 2018, 35(11):162-171. (in Chinese)
    [16] 许立言, 聂鑫, 樊健生, 等. 低屈服点钢剪切型阻尼器试验研究[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2016, 56(9):991-996. Xu Liyan, Nie Xin, Fan Jiansheng, et al. Experimental investigation of low-yield-point steel shear panel dampers[J]. Journal of Tsinghua University (Science & Technology), 2016, 56(9):991-996. (in Chinese)
    [17] 曹胜涛, 李志山. 约束混凝土单轴弹塑性损伤本构模型[J]. 工程力学, 2017, 34(11):116-125. Cao Shengtao, Li Zhishan. An elastoplastic damage constitutive model for confined concrete under uniaxial load[J]. Engineering Mechanics, 2017, 34(11):116-125. (in Chinese)
    [18] Belytschko T, Bachrach W E. Efficient implementation of quadrilaterals with high coarse-mesh accuracy[J]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 1986, 54(3):279-301.
    [19] Belytschko T, Wong B L, Chiang H Y. Advances in one-point quadrature shell elements[J]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 1992, 96(1):93-107.
    [20] Lee J, Fenves G L. Plastic-damage model for cyclic loading of concrete structures[J]. ASCE Journal of Engineering Mechanics, 1998, 124(8):892-900.
    [21] Lubliner J, Oliver J, Oller S, et al. A plastic-damage model for concrete[J]. International Journal of Solids and Structures, 1989, 25(3):299-326.
    [22] GB 50010-2010, 混凝土结构设计规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2011:209-211. GB 50010-2010, Code for design of concrete structures[S]. Beijing:China Architecture and Building Press, 2011:209-211. (in Chinese)
    [23] 曹胜涛, 李志山, 刘春明, 等. 大规模建筑结构非线性显式动力分析的振型阻尼实现[J]. 建筑结构, 2016, 46(1):30-37. Cao Shengtao, Li Zhishan, Liu Chunming, et al. Application of modal damping in nonlinear explicit dynamic analysis of large-scale structure[J]. Building Structure, 2016, 46(1):30-37. (in Chinese)
  • [1] 曹胜涛, 路德春, 杜修力, 赵密, 程星磊.  基于GPU并行计算的地下结构非线性动力分析软件平台开发 . 工程力学, 2019, 36(2): 53-65,86. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0898
    [2] 曹胜涛, 李志山, 刘博.  基于显式摩擦摆单元的大规模复杂连体结构非线性时程分析 . 工程力学, 2019, 36(6): 128-137. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0259
    [3] 徐龙河, 王坤鹏, 谢行思, 李忠献.  具有复位功能的阻尼耗能支撑滞回模型与抗震性能研究 . 工程力学, 2018, 35(7): 39-46. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0204
    [4] 李宗京, 舒赣平.  剪切连接件的受力机理理论分析与试验验证 . 工程力学, 2018, 35(12): 63-70,80. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0679
    [5] 朱立华, 李钢, 李宏男.  考虑结构损伤的消能减震结构能量设计方法 . 工程力学, 2018, 35(5): 75-85. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.12.0997
    [6] 曹胜涛, 李志山, 刘付钧.  一种非比例振型阻尼模型及在大规模非线性分析中的应用 . 工程力学, 2018, 35(11): 162-171. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.08.0640
    [7] 周云, 松本達治, 田中和宏, 林绍明, 吴从晓, 张亚军, 阎崇兵.  新型高阻尼黏弹性阻尼器性能试验研究 . 工程力学, 2016, 33(7): 92-99,115. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0732
    [8] 徐龙河, 樊晓伟, 逯登成, 李忠献.  预压弹簧自恢复耗能支撑恢复力模型与滞回特性研究 . 工程力学, 2016, 33(10): 116-122. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0216
    [9] 李忠献, 高营, 李宁.  基于RSAPS平台的隔震单元模型 . 工程力学, 2016, 33(4): 144-149. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0768
    [10] 龚顺明, 周颖, 吕西林.  带黏弹性阻尼器结构振动台试验数值模拟 . 工程力学, 2015, 32(增刊): 226-232. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.05.S051
    [11] 吕大刚, 于晓辉, 杜文晨.  基于改进Bouc-Wen模型的RC梁-柱节点抗震性能研究 . 工程力学, 2015, 32(增刊): 45-49,54. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.05.S015
    [12] 蔡勇, 李光耀, 王琥.  基于多重网格法和GPU并行计算的大规模壳结构快速计算方法 . 工程力学, 2014, 31(5): 20-26. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.0942
    [13] 杨成, 康军立, 张斌, 李英民.  滞回模型修正和地震动特征对IDA的影响分析 . 工程力学, 2014, 31(增刊): 253-257. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.04.S049
    [14] 马长飞, 张亚辉, 谭平, 周福霖.  三维非偏心基础隔震结构非平稳随机振动分析 . 工程力学, 2013, 30(4): 198-203. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.11.0781
    [15] 李宁, 李忠献, 谢礼立.  基于UKF的双轴耦联Bouc-Wen模型识别与应用 . 工程力学, 2013, 30(7): 1-6. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0126
    [16] 余 波 洪汉平 杨绿峰.  非弹性体系地震动力响应分析的新型单轴Bouc-Wen模型 . 工程力学, 2012, 29(12): 265-273. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.05.0286
    [17] 高向宇, 张 慧, 杜海燕, 梁 峰, 尹学军.  防屈曲支撑恢复力的特点及计算模型研究 . 工程力学, 2011, 28(6): 19-028.
    [18] 李 钢, 李宏男.  位移型消能减震偏心结构Pushover能力谱简化计算方法 . 工程力学, 2008, 25(3): 0-057.
    [19] 闫志浩, 左晓宝, 范进.  基于Hilbert变换的结构非线性判断方法 . 工程力学, 2006, 23(7): 31-34.
    [20] 刘忠, 沈蒲生, 陈铖.  单桩横向非线性动力响应的简化分析模型 . 工程力学, 2004, 21(5): 46-51.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-01-08
  • 修回日期:  2018-01-09
  • 刊出日期:  2019-06-30

基于Bouc-Wen模型的消能减震结构显式非线性时程分析

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.S002
    基金项目:  “十三五”国家重点研发计划高性能计算重点专项(2016YFB0200605)
    作者简介:

    曹胜涛(1985-),男,河北邢台人,工程师,博士,主要从事非线性有限元和结构振动控制研究(E-mail:shengtaocao@163.com);刘付钧(1970-),男,广东化州人,教授级高级工程师,博士,主要从事建筑结构设计与研究(E-mail:liufujun@gzrbs.com);黄忠海(1981-),男,广西桂平人,高工,硕士,主要从事高层建筑结构设计与研究(E-mail:huangzhonghai19@163.com).

    通讯作者: 李志山(1966-),男,广东清远人,教授,博士,主要从事结构抗震减震方面的数值分析研究(E-mail:1059607480@qq.com).
  • 中图分类号: TU311.3;TU311.41

摘要: 该文基于Bouc-Wen模型构造了一种2节点12自由度的显式消能器单元;利用修正的向前Euler算法实现了单元内力计算。将该文显式单元及其内力计算方法在完全自主研发的非线性有限元分析程序中完成开发。为提高显式分析效率,自主研发程序采用了CPU+GPU异构并行计算技术。通过与低屈服点钢剪切滞回试验对比,验证了该文显式消能器单元的正确性和适用性。采用该文显式消能器单元模拟某实际消能减震结构的金属消能器;基于结构整体动力分析结果,讨论了金属消能器的减震效果。

English Abstract

曹胜涛, 李志山, 刘付钧, 黄忠海. 基于Bouc-Wen模型的消能减震结构显式非线性时程分析[J]. 工程力学, 2019, 36(S1): 17-24. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.S002
引用本文: 曹胜涛, 李志山, 刘付钧, 黄忠海. 基于Bouc-Wen模型的消能减震结构显式非线性时程分析[J]. 工程力学, 2019, 36(S1): 17-24. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.S002
CAO Sheng-tao, LI Zhi-shan, LIU Fu-jun, HUANG Zhong-hai. EXPLICIT NONLINEAR TIME HISTORY ANALYSIS OF ENERGY DISSIPATION STRUCTURES BASED ON BOUC-WEN MODEL[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(S1): 17-24. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.S002
Citation: CAO Sheng-tao, LI Zhi-shan, LIU Fu-jun, HUANG Zhong-hai. EXPLICIT NONLINEAR TIME HISTORY ANALYSIS OF ENERGY DISSIPATION STRUCTURES BASED ON BOUC-WEN MODEL[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(S1): 17-24. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.S002
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