新型伸臂消能结构体系减震性能研究

论文摘要

随着社会的进步,科技的创新,越来越多的超高层建筑作为城市的地标而不断涌现。因此,如何保证结构在地震或者风荷载下的安全,是国内外学者重要的研究课题。基于能量的观点,要提高建筑物的抗风或抗震性能,首先就得减少输入结构的外荷载能量,而传统消能结构布置方式具有造价昂贵,耗能构件多等缺点,新型伸臂消能结构体系由于其设计独特、减震性能好、节省工程造价等优点而迅速成为国内外学者研究的热点。新型伸臂消能结构已经通过风洞试验的论证,并成功运用到了实际工程中,但其抗震性能的特点尚未得到试验的论证。本文主要为了论证新型伸臂消能结构的抗震性能,为了解决这一问题,开展了以下几个方面的工作:(1)提出新型伸臂消能结构的设计流程,从理论上分析影响新型伸臂消能结构抗震性能的因素并对各个参数进行了优化。运用虚拟激励法对典型带两道伸臂的新型伸臂消能结构进行随机地震响应分析,通过与伸臂固定结构地震响应对比,说明新型伸臂消能结构体系在非平稳地震作用下的减震性能;(2)以广州东塔为概念模型,设计和制作新型伸臂消能结构模型,并进行模拟地震振动台试验研究,分别从结构层间位移、楼层加速度、应变反应、阻尼器反应及基地剪力等几个方面与传统伸臂固定结构进行比较,对比研究新型伸臂消能结构的减震性能;(3)利用SAP2000有限元分析软件建立相应模拟地震振动台试验模型的三维有限元分析模型,以振动台台面实测的地震波加速度作为有限元模型加速度输入。分别建立了杆系模型、实体模型和壳体模型对试验模型进行识别。针对试验过程中加速度输入较小时新型伸臂消能结构地震响应有放大的现象,提出了阻尼器呈现的黏弹性和黏滞摩擦复合型两种特性时阻尼器的分析模型,通过对比模拟结构和振动台试验模型的地震响应结果,进而验证模拟振动台试验结果的准确性;(4)以天津某实际工程为例,将新型伸臂消能结构运用到实际工程中,并与传统的黏滞阻尼器水平布置方案和套索布置黏滞阻尼器方案进行结构地震响应对比分析,进一步确认新型伸臂消能结构减震性能的有效性及工程应用的可行性。论文最后对上述研究成果作了简单的总结,并指出进一步研究的方向和有待完成的工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 结构振动控制概述
• 1.2.1 结构被动控制
• 1.2.2 主动控制
• 1.2.3 半主动控制
• 1.2.4 混合控制
• 1.3 伸臂结构体系的研究现状
• 1.4 新型伸臂消能结构体系的研究现状及应用
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第二章 新型伸臂消能结构体系的参数优化和随机地震响应研究
• 2.1 引言
• 2.2 新型伸臂消能结构参数优化
• 2.2.1 设计流程
• 2.2.2 伸臂位置优化
• 2.2.3 黏滞阻尼器参数优化
• 2.3 平稳/非平稳随机响应分析
• 2.3.1 虚拟激励法的基本原理
• 2.3.2 基于虚拟激励法的随机响应计算
• 2.3.3 精细时程积分法
• 2.3.4 平稳随机地震动模型
• 2.3.5 非平稳随机地震动模型
• 2.4 仿真分析
• 2.4.1 黏滞阻尼器参数优化
• 2.4.2 非平稳随机地震分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 新型伸臂消能结构体系振动台试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验概况
• 3.3 模型的设计与制作
• 3.3.1 模型设计
• 3.3.2 模型制作
• 3.4 试验方案
• 3.4.1 地震波的选取与输入
• 3.4.2 试验用的地震台
• 3.4.3 试验用的阻尼器
• 3.4.4 测试仪器
• 3.4.5 测点布置
• 3.5 新型伸臂消能结构体系试验结果分析
• 3.5.1 模型结构动力特性
• 3.5.2 模型结构层间位移
• 3.5.3 模型结构加速度
• 3.5.4 模型结构顶点相对于台面位移
• 3.5.5 模型结构应变
• 3.5.6 模型结构阻尼器反应
• 3.6 基底受力反应
• 3.6.1 基底受力峰值
• 3.6.2 基底受力时程
• 3.7 本章小结
• 第四章 新型伸臂消能结构计算和试验结果对比分析
• 4.1 引言
• 4.2 有限元分析模型的建立
• 4.2.1 杆系模型
• 4.2.2 实体模型
• 4.2.3 壳体模型
• 4.3 试验结果和有限元计算对比分析
• 4.3.1 层间位移
• 4.3.2 楼层加速度
• 4.3.3 结构应力反应
• 4.3.4 基底受力
• 4.3.5 阻尼器反应
• 4.4 本章小结
• 第五章 新型伸臂消能结构工程实例
• 5.1 引言
• 5.2 结构概况
• 5.3 结构动力特性
• 5.4 地震波特性
• 5.5 伸臂位置和黏滞阻尼器速度指数
• 5.5.1 层间位移角
• 5.5.2 顶层位移
• 5.5.3 顶层加速度
• 5.5.4 基底受力
• 5.6 阻尼器减震方案简介
• 5.6.1 方案1 加强层处水平设置阻尼器
• 5.6.2 方案2 加强层处垂直设置阻尼器
• 5.6.3 方案3 加强层处套索设置阻尼器
• 5.7 计算结果及减震效果对比
• 5.7.1 层间位移角
• 5.7.2 基底剪力
• 5.7.3 基底弯矩
• 5.7.4 顶层位移
• 5.7.5 顶层加速度
• 5.8 阻尼器耗能情况
• 5.8.1 加强层处水平设置阻尼器
• 5.8.2 加强层处垂直设置阻尼器
• 5.8.3 加强层处套索设置阻尼器
• 5.9 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 攻读硕士学位期间参与的项目
• 致谢