哈密顿理论在推导框剪结构刚度矩阵中的应用

目的对框剪结构进行静动力方面的分析时,需要推导出结构的单元刚度矩阵,而一般选用近似计算的传统有限单元法来推导单刚矩阵,这种方法误差累计较多,特别是框剪高层结构,误差积累更多。通过新的模型体系进一步探讨基于哈密顿理论及精细积分法求解结构单刚矩阵的可行性和计算精度。方法基于哈密顿理论,选用通用的并联Timoshenko梁模型,将构成框剪结构的综合框架和综合剪力墙抗侧力单元看作竖立的悬臂弯剪梁,均计算剪切、弯曲变形,两个抗侧力单元间通过刚性楼板协同工作。结果求出框剪结构在连续化假定下的拉格朗日函数,结构协同工作分析的哈密顿函数,继而利用精细积分法中基本区段的混合能矩阵求解出框剪结构的单刚矩阵,采用有限元中的位移法,把单元刚度矩阵集成为整刚矩阵。结论利用MATLAB相应程序分析某框剪结构算例,结果验证了此推导方法的可行性和精度要求,避免了一般传统有限单元法误差累计的问题,同时该方法还适用于其他类型的高层建筑结构。