大型结构局部非线性问题的数值子结构方法的验证与改进

邱栋星，汪 磊，孙宝印，古 泉*

(1.厦门大学建筑与土木工程学院，福建厦门361005；2.大连理工大学建设工程学部，辽宁大连116024)

近年来，随着我国经济快速增长，超大型结构的建筑越来越多.一方面，这些重大工程的投资巨大且影响深远，对结构的安全性提出了更高的要求；另一方面，近些年来，地震灾害频发，地震导致结构破坏甚至倒塌是造成经济损失与人员伤亡的重要原因之一.因此，研究超大型结构的破坏全过程和倒塌机制对于其安全性设计意义重大，针对这一问题提出高效且准确的数值计算方法非常必要.

为了深入研究结构的地震损伤和倒塌机制，对大型结构进行有限元分析时，通常需要对整体结构建立精细化数值模型[1].考虑到大型复杂结构精细化模型的单元数目以及自由度数动辄10万～100万，导致计算效率比较低.更重要的是，当某些局部关键构件进入非线性时，其结构整体刚度矩阵会改变.在常规的非线性有限元计算过程中，每一时步求解非线性方程组时都需要进行整体刚度矩阵的集成和三角分解，非常耗时，严重降低了计算效率[2].由孙宝印等[3]提出的数值子结构方法将进入非线性的局部构件从整体有限元模型中隔离出来,单独进行精细化模拟和分析，而整体模型仍然保持线弹性，能有效地提高计算效率；林纯等[4]和孙宝印等[5]基于隔离数值子结构方法对高层建筑结构进行的动力分析验证了这种方法的高效性和准确性.