大开口网架结构采用粘滞阻尼器的减震控制研究

论文摘要

结构振动控制是现在工程抗震技术中研究的热点问题之一,本文所探讨的液体粘滞阻尼器及其在大开口网架结构减震控制中的应用,属于消能减震技术的研究应用。粘滞阻尼器作为一种典型的被动控制装置,通过增加结构的附加阻尼,耗散结构的振动能量来达到减小结构地震响应的目的。由于其简单的装置,经济的材料,在实际结构振动控制中拥有广泛的应用前景。只是将其应用于大跨网架结构研究还比较少,尚且属于起步研究阶段。本文首先回顾总结了振动控制的相关理论及粘滞阻尼器的研究与应用现状,阐明了本课题研究的背景、意义及内容。介绍了粘滞阻尼器的构造、影响其性能的因素和计算模型,知道其工作状态为非线性性质。因而,对安装有粘滞阻尼器的空间网格结构进行动力分析属于局部非线性问题。本文的抗震分析方法是适用于局部非线性问题的“快速非线性分析(FNA)”方法,此法拥有较高的计算效率和精度。为了研究粘滞阻尼器对大开口网架结构的减震控制,本文利用SAP2000有限元分析软件建立计算模型,对网架结构进行模态分析。通过对模态分析所得到的结构周期和阵型,掌握其动力特性,根据结构的动力特性布置阻尼器。输入Taft三向波,应用时程分析法,对结构布置阻尼器前后的动力响应进行对比。通过对控制杆件的轴力和控制点的竖向位移进行观察研究,从而选择出较为合理的布置方案,即对阻尼器进行位置优化;改变阻尼器的阻尼系数和布置数量进行对比,从而得到了有效减震的阻尼系数取值范围和较经济合理的阻尼器布置数量;根据规范要求输入另外两种地震波进行时程分析,输出控制杆件和控制点的时程曲线图,进行效果比对,进而研究不同频谱特性地震波输入时粘滞阻尼器对大开口网架的减震控制效果。研究结果表明,粘滞阻尼器减震系统对大开口网架结构有较明显的减震效果,在控制好使用数量,调节好阻尼参数的基础上,将其布置在网架结构各层弦杆的中间位置最为合理。可以看出,粘滞阻尼器是一种适合应用于空间网架结构的减震系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 结构振动控制理论
• 1.2.2 主动控制
• 1.2.3 半主动控制
• 1.2.4 混合控制
• 1.2.5 智能控制
• 1.3 国内外对粘滞阻尼器的研究和应用
• 1.4 本文的研究内容
• 2 粘滞阻尼器的力学模型和减震原理
• 2.1 粘滞阻尼器的分类及构造
• 2.1.1 筒式粘滞流体阻尼器
• 2.1.2 粘滞阻尼墙
• 2.1.3 液缸式粘滞阻尼器
• 2.2 粘滞阻尼器的力学模型
• 2.3 影响粘滞阻尼器性能的因素
• 2.4 粘滞阻尼器的减震原理
• 2.5 粘滞阻尼器的优化设置原则
• 2.6 本章小结
• 3 粘滞阻尼减震体系的设计方法
• 3.1 消能减震结构减震设计的基本要求
• 3.2 消能减震结构的减震设防目标
• 3.3 消能减震结构的分析方法
• 3.4 能量设计法
• 3.5 反应谱法
• 3.5.1 确定结构的阻尼比
• 3.5.2 确定地震反应
• 3.6 时程分析法
• 3.6.1 直接积分法
• 3.6.2 快速非线性分析法
• 3.7 本章小结
• 4 网架结构的模态分析
• 4.1 工程概况
• 4.1.1 网架结构的几何参数
• 4.1.2 网架结构的材料参数
• 4.1.3 网架结构的荷载及约束条件
• 4.1.4 网架结构的约束条件
• 4.2 基本假定
• 4.3 网架结构的模态分析
• 4.3.1 网架结构的自振周期及质量参与系数
• 4.3.2 大开口网架模态分析结论
• 4.4 本章小结
• 5 阻尼器在不同位置下的减震效果比较
• 5.1 地震波的选用及调整
• 5.1.1 获得地震波的途径
• 5.1.2 地震波的选取与调整
• 5.1.3 本文地震波的选用
• 5.2 阻尼器在不同布置位置的减震效果比较
• 5.2.1 网架控制节点和杆件的选取
• 5.2.2 网架结构消能减震方案
• 5.2.3 网架减震效果比较
• 5.4 本章小结
• 6 不同因素对网架结构减震效果影响
• 6.1 引言
• 6.2 阻尼参数对结构减震效果的影响
• 6.3 阻尼器数量对结构减震效果的影响
• 6.4 不同频率特征地震波下减震效果分析
• 6.5 本章小结
• 7 结论
• 7.1 主要结论
• 7.2 需要进一步研究的问题
• 参考文献
• 在读期间发表的学位论文
• 作者简历
• 致谢