基于ANSYS的浅海重力式平台加固减震的研究

论文摘要

针对渤海湾海况设计的新型浅海重力式平台的抗震性能尚处于理论研究与设计阶段。目前，对于重力式平台的抗震性能已有初步理论研究，研究结果表明平台在预设地震波作用下水平位移偏大。因此，针对重力式平台研究有效的振动控制策略是有必要的。粘弹性阻尼器作为一种有效的被动抗震控制装置，可通过增加结构阻尼、耗散地震输入能量等方式来减小结构的地震响应。同时由于其具有经济可靠性和安装简单等优点，在结构的消能减震控制中得到了广泛的工程应用，也已经成为结构抗震控制技术的热点问题之一。将粘弹性阻尼器技术应用到浅海重力式平台的结构减震研究中，对探究重力式平台减震策略有重要意义。基于浅海重力式平台在结构抗震方面存在的缺点与不足，对平台进行了一些结构抗震方面的探究，主要做了如下工作：（1）首先分析了重力式平台抗震进展状况，总结出重力式平台的在预设地震动作用下立柱扭转和变形幅度偏大，从而提出了本文研究的目的和意义。（2）针对平台抗震的不足，采取了两种减震方案相结合的方法：一是传统方法，增加支撑构件来提高结构对外载荷的抗力，从而减小平台位移；二是采用被动控制中的粘弹性阻尼器进行振动控制。（3）在传统方案构想中，按《海上固定平台建造规范》要求，设计了三种尺寸的横向支撑加固于平台，并分别进行了地震分析，应用时程分析法输入地震波，探究了各加固模型的最大位移和最大应力的变化情况。结果显示加横向支撑可以较大幅度的控制平台的水平位移，但平台的最大应力明显增加，且最大应力出现的部位有所转移。（4）被动控制研究中，首先对原平台模型（不加横向支撑）在应力较集中的部位：立柱与甲板耦合处以及立柱与沉箱耦合处增设粘弹性阻尼器，输入相同地震动，分析结果显示只安装粘弹性阻尼器的减震效果不明显，但平台的最大应力能有效减小。进而，本文选择增设横向支撑与阻尼器相结合的方法对模型进行加固减震，并分别从阻尼器安装位置、安装角度、阻尼系数及安装数量几方面进行探究，分析结果得出：阻尼器安装位置不同则平台减震效果不同，斜撑式的阻尼器减震效果较好；不同安装角度的阻尼器对平台的减震影响也不同，其中45度时减震效果较佳；阻尼器数量对平台减震也有影响，数量越多减震效果越好，但减震量不与阻尼器数量成正比例增加。分析表明，粘弹性阻尼器不仅可以在突发的罕遇地震作用下很好的发挥耗能减震作用，而且在对粘弹性阻尼器参数进行优化配置后，能够明显改善平台的结构抗震性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本课题研究的背景和意义
• 1.2 结构振动控制的概述
• 1.2.1 结构振动控制的发展
• 1.2.2 结构振动的控制的分类
• 1.3 海洋平台振动控制的研究现状
• 1.4 本文各章节的研究内容
• 2 被动控制及其粘弹性阻尼器的介绍
• 2.1 被动控制技术概述及分类
• 2.1.1 基础隔震
• 2.1.2 耗能减震
• 2.1.3 吸振
• 2.1.4 消能减震结构的优点
• 2.2 粘弹性阻尼器的应用发展
• 2.3 粘弹性阻尼器工作原理
• 2.3.1 粘弹性阻尼材料
• 2.3.2 粘弹性阻尼器的简介
• 2.3.3 粘弹性阻尼器的性能
• 2.3.4 粘弹性阻尼器恢复力计算模型
• 2.4 粘弹性消能支撑的性能研究
• 2.4.1 消能支撑的种类
• 2.4.2 支撑对粘弹性阻尼器刚度的影响
• 2.4.3 粘弹性消能支撑的计算模型
• 2.5 本文小结
• 3 平台研究进展及改进
• 3.1 平台的物理模型的介绍
• 3.2 有限元法介绍
• 3.3 数值平台模型地震研究进展
• 3.4 有限元平台改进模型的建立
• 3.4.1 基本假设
• 3.4.2 边界条件的处理
• 3.4.3 有限单元的选取
• 3.4.4 单元参数的确定及实常数选择
• 3.4.5 横向支撑的尺寸确定
• 3.4.6 加固平台模型的建立
• 3.5 重力式平台有限元模型的动力分析
• 3.5.1 模态分析
• 3.5.2 地震荷载的确定
• 3.6 平台地震动分析
• 3.6.1 位移分析
• 3.6.2 应力分析
• 3.7 本章小结
• 4. 粘弹性阻尼器在平台上的应用与动力分析
• 4.1 有限元阻尼介绍
• 4.1.1 安装方法
• 4.1.2 参数设定
• 4.2 无横向支撑的粘弹性建模及动力分析
• 4.3 阻尼器安装位置和方式的选取
• 4.4 不同粘弹性阻尼器参数对模型减震的探究
• 4.4.1 不同安装方式阻尼器的动力分析
• 4.4.2 不同安装位置阻尼器的动力分析
• 4.4.3 不同安装角度阻尼器的平台模型的分析
• 4.4.4 不同阻尼系数阻尼器的平台模型的动力分析
• 4.4.5 不同数量阻尼器的平台模型的分析
• 4.5 本章小结
• 5. 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文