基于PFD-BRB支撑体系的海洋平台振动控制研究

论文摘要

防屈曲支撑是一种新型耗能减振构件，具有工作性能稳定、耗能减振效果显著、施工安装方便、经济、设计灵活不影响建筑物美观等诸多优点，使其成为各种新建、改造和加固结构抗震设计的较佳选择。Pall摩擦阻尼器构造简单、造价低廉、安装方便，可以显著的提高结构的抗震性能，有着广泛的应用前景。本文对传统的Pall摩擦阻尼器进行改造，用防屈曲支撑替代Pall摩擦阻尼器的四连杆，提出了一种PFD-BRB（Pall-typed frictional dampers-BRB）支撑体系。海洋平台结构复杂、造价昂贵，所处的海洋环境十分复杂和恶劣。对海洋平台结构进行有效的振动控制是保证结构安全性和耐久性的重要措施。采用耗能减震体系可以延长结构寿命，同时还会降低海洋平台的维护和检测费用，具有重要的意义。本文的主要研究内容为：（1）对一字形防屈曲钢支撑进行静力往复加载，研究其滞回性能和耗能能力。采用有限元软件ANSYS对所设计的支撑进行了数值模拟。将试验研究结果和数值模拟结果进行了分析对比。结果表明这种防屈曲支撑的滞回性能和耗能能力比较理想，ANSYS得到的计算结果与试验得到的结果吻合。（2）对PFD-BRB体系进行试验研究和数值模拟，结果表明：阻尼器滞回曲线饱和，支撑受力均匀，拉压均能屈曲，滞回曲线稳定饱满，具有良好的耗能能力。克服了普通支撑受压容易屈曲的缺点，使得结构受力更合理。（3）针对JZ20-2MUQ海洋平台，提出了BRB隔振方案和PFD-BRB隔振方案，利用有限元软件ANSYS对其进行了地震作用和冰激荷载作用下的振动控制研究，分析结果表明，通过防屈曲支撑的塑性变形和Pall摩擦阻尼器的耗能能力，有效的降低平台结构导管架端帽处最大位移、甲板最大加速度、隔振层位移，提高结构的抗震性能，是一种较好的海洋平台控制方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 结构控制的分类
• 1.2.2 耗能减震技术的概念
• 1.2.3 耗能减震装置的分类
• 1.3 防屈曲支撑研究与应用现状
• 1.3.1 防屈曲支撑的构成
• 1.3.2 防屈曲支撑的基本原理
• 1.3.3 防屈曲支撑的研究现状
• 1.3.4 防屈曲支撑在国内外的应用
• 1.4 海洋平台振动控制的研究与应用
• 1.5 选题的目的和课题来源
• 1.6 主要研究内容
• 1.6.1 防屈曲支撑试验研究
• 1.6.2 PFD-BRB 体系的试验研究
• 1.6.3 基于防屈曲支撑的海洋平台振动控制研究
• 第2章 防屈曲支撑滞回性能的试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 防屈曲支撑试验研究
• 2.2.1 试件设计与制作
• 2.2.2 加载及量测方案
• 2.2.3 防屈曲支撑耗能能力研究
• 2.3 试验结果与有限元分析结果对比
• 2.3.1 有限元分析简介
• 2.3.2 建立有限元模型
• 2.3.3 结果对比
• 2.4 本章小结
• 第3章 PFD-BRB 体系的试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 PFD-BRB 体系及普通摩擦阻尼支撑体系试验
• 3.2.1 试验装置与量测方案
• 3.2.2 摩擦力与预紧力之间的关系
• 3.3 试验结果对比
• 3.3.1 普通摩擦阻尼支撑体系与 PFD-BRB 体系试验结果对比
• 3.3.2 实验结果与有限元分析结果对比
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于防屈曲支撑的海洋平台抗震性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 JZ20-2MUQ 海洋平台概况
• 4.3 地震分析的方法
• 4.3.1 Push-over 分析
• 4.3.2 时程分析
• 4.3.3 ANSYS10.0 中的地震反应分析
• 4.3.3.1 瞬态动力分析的概念及分类
• 4.3.3.2 瞬态动力分析过程
• 4.4 平台结构有限元模型及动力特性
• 4.5 JZ20-2MUQ 平台 BRB 耗能减振方案
• 4.6 JZ20-2MUQ 平台 BRB 隔振方案
• 4.6.1 结构模型及控制方案
• 4.6.2 无控结构的简化模型
• 4.6.3 阻尼隔振体系简化模型
• 4.6.4 BRB 隔振层参数的确定
• 4.7 JZ20-2MUQ 平台 PFD-BRB 隔振方案
• 4.8 地震波的选择
• 4.9 BRB 耗能体系减振效果分析
• 4.10 BRB 隔振体系、PFD-BRB 隔振体系减振效果分析
• 4.11 本章小结
• 第5章 基于防屈曲支撑的海洋平台冰激振动控制研究
• 5.1 引言
• 5.2 JZ20-2MUQ 海洋平台冰激振动分析
• 5.2.1 JZ20-2MUQ 海洋平台设计环境条件
• 5.2.2 冰激荷载工况
• 5.2.3 冰激振动反应分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.1.1 防屈曲支撑试验研究
• 6.1.2 PFD-BRB 体系试验研究
• 6.1.3 JZ20-2MUQ 海洋平台结构的振动控制研究
• 6.2 展望及建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢