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  2025, Vol. 46 Issue (1): 79-92    
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任意轴向荷载作用下高耸结构P-Δ效应高阶精确分析方法
陆言,李鸿晶
南京工业大学
Method of High-Order Precise Analysis for the P-Δ Effect in Tall Structures due to Arbitrary Axial Loads
全文: PDF (0 KB)   HTML (1 KB) 
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摘要 高耸结构P-Δ效应的传统分析方法一般难以考虑时变轴力作用, 有可能会低估P-Δ效应对结构安全性的影响. 本文应用求积单元法(weak form quadrature element method, QEM), 针对分布质量结构体系和含有集中质量的结构体系分别建立Hermite型求积单元模型, 发展了一种高耸结构P-Δ效应高阶精确分析方法. 该方法能够应用于具有突变质量的结构体系, 可处理任意轴向荷载引起的时变轴力作用, 无需迭代计算即可获得高精度的P-Δ效应解答, 同时能准确地揭示竖向荷载以及时变轴力对高耸结构特性的影响规律. 通过对3个不同类型案例的比较分析, 验证了本文方法的可行性和准确性. 数值分析结果表明, 本文方法可以实现高精度的P-Δ效应分析, 对于质量均匀分布和含有集中质量的结构体系仅需使用一个求积单元即可获得非常精确的动态响应结果, 在P-Δ效应分析精度相同的前提下耗费的计算时间远小于传统的P-Δ效应分析方法.
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陆言
李鸿晶
关键词 高耸结构 P-Δ效应 求积单元 时变轴力 Hermite型插值tall structures P-Δ effect weak form quadrature element time-varying axial force Hermite interpolation    
Abstract:Traditional methods for analyzing the P-Δ effect in tall structures often struggle to account for time-varying axial forces, potentially underestimating the impact on structural safety. This paper employs the weak form quadrature element method (QEM) to establish Hermite-type quadrature element models for both distributed mass structural systems and systems with concentrated masses. A high-order, precise analytical method for the P-Δ effect in tall structures is developed. The method is applicable to structural systems with abrupt mass changes and can handle time-varying axial forces induced by arbitrary axial loads. High-precision solutions for the P-Δ effect are provided without requiring iterative calculations, accurately revealing the influence patterns of vertical loads and time-varying axial forces on the characteristics of tall structures. Comparative analysis of three different types of cases verifies the feasibility and accuracy of the proposed method. Numerical analysis results demonstrate that this method achieves high-precision P-Δ effect analysis. For both uniformly distributed mass and systems with concentrated masses, using just one quadrature element yields highly accurate dynamic response results. The computational time required is significantly less than that of traditional P-Δ effect analysis methods while maintaining the same level of accuracy.
收稿日期: 2024-05-31      出版日期: 2025-02-28
基金资助:国家自然科学基金项目
通讯作者: 李鸿晶     E-mail: hjing@njtech.edu.cn
引用本文:   
陆言 李鸿晶. 任意轴向荷载作用下高耸结构P-Δ效应高阶精确分析方法[J]. , 2025, 46(1): 79-92.
链接本文:  
http://manu39.magtech.com.cn/Jwk_gtlxxb/CN/     或     http://manu39.magtech.com.cn/Jwk_gtlxxb/CN/Y2025/V46/I1/79
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