巨型框架多功能减振结构的减震控制

论文摘要

巨型框架结构是适应高层建筑的发展而出现的一种新型结构体系,随着高度和体量的增加,其所承受的风荷载和水平地震作用必然增大,因此在建筑物中考虑减振控制措施是对巨型框架结构发展的必然要求。按照采用的减振控制措施不同,结构控制可分为被动控制、主动控制、混合控制和半主动控制等。一般来说,已有的各类减振装置只具有单一的减振功能,其减振效果受到一定的限制。巨型框架多功能减振结构体系是将减振装置与巨型框架结构方案有机地结合起来,在巨型框架结构主、次框架的连接处设置减振装置,使其具有调谐质量减振、基础隔震和耗能减振等多种功能。针对巨型框架多功能减振结构的减震控制,主要研究内容如下:①在进行巨型框架结构初始设计方案(未采取任何减震措施,以下简称为抗震结构)的基础上,在每个次框架的底层柱底设置夹层橡胶垫作为减震装置,形成巨型框架多功能减振结构(以下简称减震结构),采用SAP2000对抗震结构和相应减震结构进行动力特性对比分析。分析看出:与抗震结构相比,减震结构的各阶自振周期都大大增长;减震结构的前几阶振型均为次框架在水平方向上的振型,12阶以后才出现主框架的振型,竖向振型出现较晚。②采用时程分析法对抗震结构和相应减震结构进行地震反应特性对比分析。分析看出:与抗震结构相比,减震结构能显著地减小结构的地震反应;减震结构的地震反应主要集中在橡胶垫的剪切变形上;橡胶垫的剪切变形从下到上增大。③由于在地震作用下隔震层的变形较大,为了防止主、次框架地震碰撞的发生,本文首次研究在巨型框架多功能减振结构次框架底层柱底与主框架梁之间设置粘滞阻尼器的可行性和有效性、粘滞阻尼器布置位置以及阻尼系数C对结构减震效果的影响。分析看出:1)在次框架底部附加粘滞阻尼器虽然对主框架的各种地震反应没有显著的控制作用,但是可以有效地减小次框架的地震反应和隔震装置的变形,有效防止碰撞的发生;2)随着粘滞阻尼器的阻尼系数C的增加,结构的减震效果越明显,但是,当C值过大时,对结构的某些地震反应减震效果不明显甚至是不利的。3)在设置粘滞阻尼器时,应优先选择在顶层次框架底部设置粘滞阻尼器。④提出巨型框架多功能减振结构的抗震概念设计。减震装置是抗震的第一道防线,次框架是第二道防线,主框架是最后一道防线。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 现代高层和超高层建筑结构体系的发展趋势
• 1.2 巨型框架结构的概念、特点和优点
• 1.3 巨型框架结构体系的类型
• 1.4 巨型框架结构体系的研究现状
• 1.5 工程结构减振控制方法
• 1.5.1 被动控制
• 1.5.2 主动控制
• 1.5.3 混合控制
• 1.5.4 半主动控制
• 1.6 巨型框架多功能减振结构
• 1.6.1 巨型框架多功能减振结构的提出
• 1.6.2 巨型框架多功能减振结构的减振机理及结构布置方式
• 1.6.3 巨型框架多功能减振结构的优点
• 1.7 本文研究的主要内容
• 2 被动控制的研究现状和工程应用
• 2.1 隔震
• 2.2 质量调谐减振
• 2.3 耗能减振
• 3 抗震及减震巨型框架结构方案设计及动力特性分析
• 3.1 巨型框架结构的方案选择
• 3.1.1 模型简述
• 3.1.2 模型选择
• 3.1.3 方案选择
• 3.2 动力特性对比
• 3.2.1 抗震结构自振频率及振型
• 3.2.2 减震装置的布置方案及橡胶隔震单元
• 3.2.3 减震结构自振频率及振型
• 3.3 小结
• 4 抗震及减震巨型框架结构地震反应特性分析
• 4.1 时程分析输入地震动的选取
• 4.2 线性动力时程分析结果
• 4.3 小结
• 5 附加阻尼器的减震巨型框架结构的优化分析
• 5.1 阻尼器作用概述
• 5.2 阻尼器单元计算模型
• 5.3 计算模型及分析方法
• 5.4 设置粘滞阻尼器对减震结构抗震性能的影响
• 5.4.1 主框架地震反应对比分析
• 5.4.2 次框架地震反应对比分析
• 5.4.3 阻尼器滞回曲线分析
• 5.5 粘滞阻尼器动力参数的影响
• 5.6 关于粘滞阻尼器位置和数量的确定
• 5.7 结论
• 6 巨型框架多功能减振结构的抗震概念设计
• 6.1 概念设计
• 6.2 我国规范的“两阶段设计法”及三水准设防要求的体现
• 6.3 巨型结构满足概念设计基本原理的屈服机制
• 6.3.1 两种屈服机制的特点
• 6.3.2 理想的巨型结构屈服机制
• 6.3.3 巨型框架多功能减振结构的理想屈服机制
• 6.4 巨型框架多功能减振结构的抗震概念设计
• 6.4.1 抗震结构与减震结构的选择
• 6.4.2 减振装置及相关参数的选取
• 6.4.3 主、次框架的概念设计
• 6.4.4 适用于巨型框架多功能减振结构体系的三阶段设计法
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录