粘滞阻尼墙结构的减振理论分析和试验研究

论文摘要

粘滞阻尼墙是一种新型粘滞阻尼器,具有布置灵活、阻尼力大、减振效果显著等特点。粘滞阻尼墙在日本有初步的研究和工程应用,在国内的研究则刚刚起步,尚未有工程应用。对粘滞阻尼墙结构进行系统深入的研究很有必要。本文通过对粘滞阻尼材料、粘滞阻尼墙以及设置粘滞阻尼墙框架结构的系统试验研究和理论分析,为粘滞阻尼墙框架结构的理论分析和工程应用提供了科学依据。本文首先通过对多种高分子材料及其混合制品的物理化学性能及动态力学性能试验,研制了可用于粘滞阻尼墙的粘滞阻尼材料。通过红外光谱试验、热稳定性试验及耐久性试验,研究了粘滞阻尼材料的化学安定性、安全性和耐久性。通过高级流变试验,对粘滞阻尼材料的动态性能进行了比较和分析。研究表明,研制的粘滞阻尼材料具有耗能能力强、阻尼力大、性能稳定等优点,并且价格比较低廉、拥有自主知识产权,为国内首创。研制的粘滞阻尼材料在高温下化学成份不发生改变,没有出现蒸发、分解现象,试验过程中无有害化学物质产生,具有良好的化学安定性、温度安定性、安全性及较好的耐久性能。试验研究了本文研制的粘滞阻尼材料的动态力学性能与使用环境温度、加载频率、应变幅值等的变化规律。结果表明,在一般使用条件下（温度-5℃～40℃、频率0.2Hz～1.0Hz、应变幅值≦500%）,研制的粘滞阻尼材料的动态力学性能稳定,可用于粘滞阻尼墙中。本文利用研制的粘滞阻尼材料制作了粘滞阻尼墙（模型）,进行了粘滞阻尼墙的动力性能试验。探讨了粘滞阻尼墙的动力性能与随温度、位移幅值及频率的相关关系。试验结果表明,粘滞阻尼墙具有明显的粘性特征,具备耗能能力强、阻尼大的特点。总结了粘滞阻尼墙动力性能与温度、位移幅值及振动频率变化的规律。根据试验结果,首次将阻尼墙的粘弹性恢复力和频率的影响同时考虑,推导了粘滞阻尼墙阻尼力的计算公式,计算更加合理、精确。公式的理论计算结果与试验结果吻合良好。本文进行了大比例粘滞阻尼墙钢框架结构减振性能的试验研究。通过设置粘滞阻尼墙框架模型的动态水平加载试验,研究和比较了设置粘滞阻尼墙前后框架结构的滞回特性,探讨了设置粘滞阻尼墙框架结构的动力性能和受力特点,并考虑了阻尼墙不同布置方式对结构动力性能和受力状态的影响。研究表明,①设置阻尼墙结构的耗能能力和结构阻尼大幅提高。在弹性阶段,设置阻尼墙结构与未设置阻尼墙结构的耗能之比随着位移的增加而增大,设置阻尼墙结构的耗能为未设置阻尼墙结构耗能的5倍以上,结构的等效阻尼比可达32%～65%。在弹塑性阶段,设置阻尼墙后结构耗能之比随位移增加而减小,但设置阻尼墙结构的耗能与未设置阻尼墙结构耗能之比仍可达2.5以上,结构的等效阻尼比可达10%～37%,大大高于未设置阻尼墙结构的阻尼比。表明在弹塑性阶段,设置阻尼墙的结构具有良好的耗能性能。α设置阻尼墙使结构抗剪刚度增加,抗剪能力明显提高。同样位移下,设置阻尼墙结构可承受的水平剪力明显增加。③设置阻尼墙结构的地震响应显著减小。④相同地震作用下设置阻尼墙结构的内力将显著减小。⑤阻尼墙布置方式对结构滞回特性的影响不明显,但对结构内力的分布有一定影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 结构控制研究概况
• 1.2.1 结构控制产生的背景
• 1.2.2 结构控制及其分类
• 1.3 结构消能减震的研究和应用概况
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 新型粘滞阻尼材料的研制
• 2.1 引言
• 2.2 热稳定性和耐久性试验
• 2.2.1 试验内容和方法
• 2.2.2 试验过程和结果分析
• 2.3 成份分析试验
• 2.4 动态性能试验
• 2.4.1 基本概念
• 2.4.2 试验方法
• 2.4.3 试验结果和分析
• 2.4.4 新型材料动态试验
• 2.5 小结
• 第3章 粘滞阻尼墙动力性能试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验简介
• 3.2.1 模型设计
• 3.2.2 温度控制系统
• 3.2.3 数据采集和处理
• 3.2.4 试验工况
• 3.3 试验结果及其分析
• 3.3.1 滞回特性与温度的关系
• 3.3.2 滞回特性与位移幅值的关系
• 3.3.3 滞回特性与振动频率的关系
• 3.4 粘滞阻尼墙阻尼力计算公式
• 3.4.1 研究现状
• 3.4.2 本文计算公式
• 3.5 小结
• 第4章 设置粘滞阻尼墙结构减振性能试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验简介
• 4.2.1 模型设计
• 4.2.2 加载方法
• 4.2.3 数据采集与处理
• 4.3 试验现象及试验结果分析
• 4.3.1 试验现象
• 4.3.2 滞回特性
• 4.3.3 内力分析
• 4.4 小结
• 第5章 设置粘滞阻尼墙钢框架结构的弹塑性分析和结构减振设计建议
• 5.1 引言
• 5.2 计算模型
• 5.2.1 结构模型
• 5.2.2 恢复力模型
• 5.2.3 结构阻尼
• 5.2.4 阻尼墙计算模型
• 5.3 运动微分方程及其求解
• 5.3.1 运动微分方程的建立
• 5.3.2 运动微分方程的求解
• 5.4 设置阻尼墙的钢框架结构减振效果分析
• 5.4.1 仿真分析程序的验证
• 5.4.2 设置阻尼墙结构减振效果的分析
• 5.5 设置阻尼墙钢框架结构的设计建议
• 5.5.1 概念设计
• 5.5.2 结构减振设计建议
• 5.6 小结
• 第6章 总结
• 作者在读期间发表论文清单