混凝土掺杂纳米材料的阻尼增强与框架结构阻尼模型研究

论文摘要

阻尼研究是结构振动研究中的一个重要而迫切的课题,混凝土材料是土木工程中主要的大宗材料之一,然而普通混凝土的阻尼值偏低的问题长期以来严重制约着混凝土构筑物的动力学性能,另外,结构地震反应分析时往往更注重于数学处理上的方便,从而选取不同的阻尼模型,而不是对阻尼过程的解释,针对以上问题,本文从理论和试验的角度出发,重点研究了不同掺量纳米混凝土的强度与阻尼变化规律,并在微观结构研究的基础上对纳米材料的阻尼增强机理进行了探索,最后通过计算实例分析比较了不同阻尼模型下结构的地震时程响应的差异。主要研究内容如下:1)在混凝土中掺入了不同掺量的纳米材料,研究其掺入量与混凝土抗压强度、抗折强度的关系,通过三点弯曲梁大尺寸材料阻尼测试装置和悬臂梁自由振动衰减法研究不同外加掺量纳米材料对混凝土材料与构件阻尼性能的影响,探索其影响规律,综合考虑成本、流动性、强度和阻尼等因素确定出了纳米SiO2的最优掺量为3%。2)通过X射线衍射分析法和SEM扫描电镜等微观测试手段分析不同掺量纳米材料对混凝土材料内部物质组成结构、成分和形貌的变化,研究结果表面:纳米材料掺入混凝土中,使得材料的内接触面数量增多,在外力作用下使应力不均匀分布增加,从而提高了材料内摩擦阻尼耗能的能力。3)分析了阻尼产生的机理及来源,总结了不同阻尼模型的优缺点,采用复阻尼模型推导结构在任意地震荷载作用下的解析解形式,选取五层框架结构模型计算了结构在集中地震波输入下的动力响应,基于不同的阻尼模型,在相同的阻尼比下,比较了复阻尼模型与粘滞阻尼模型对计算结果的影响,最后比较了采用逐步积分法和解析法对于复阻尼模型计算结果的差异。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本课题研究的目的及意义
• 1.3 国内外在该方向的研究状况及分析
• 1.3.1 钢筋混凝土材料与结构阻尼性能的研究进展
• 1.3.2 纳米材料增强混凝土的研究进展
• 1.3.3 复阻尼理论的研究状况
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 复合纳米混凝土材料强度与阻尼性能的实验研究
• 2.1 引言
• 2.2 掺纳米材料混凝土的原材料与配合比的确定
• 2.2.1 原材料
• 2.2.2 混凝土配合比设计及成型
• 2.3 不同掺量纳米材料对混凝土的强度与阻尼性能影响
• 2.3.1 纳米材料对混凝土强度的影响
• 2.3.2 纳米材料对混凝土梁构件阻尼性能的影响
• 2.3.3 纳米材料对混凝土材料阻尼性能的影响
• 2.4 纳米材料最优掺量综合分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 掺纳米材料混凝土阻尼微观分析及机理研究
• 3.1 引言
• 2 水泥硬化浆体X 射线衍射分析'>3.2 掺纳米SiO₂ 水泥硬化浆体X 射线衍射分析
• 2 混凝土微观结构分析'>3.3 掺纳米SiO₂混凝土微观结构分析
• 2 对孔隙的影响'>3.3.1 纳米SiO₂对孔隙的影响
• 2 对水化产物的影响'>3.3.2 纳米SiO₂对水化产物的影响
• 3.4 掺纳米材料混凝土阻尼增强机理的探索
• 3.5 本章小结
• 第4章 钢筋混凝土材料与结构的阻尼模型
• 4.1 引言
• 4.2 阻尼的分类及阻尼模型
• 4.2.1 阻尼的分类
• 4.2.2 常用的阻尼模型
• 4.3 材料阻尼与构件阻尼的关系
• 4.3.1 材料的阻尼耗能
• 4.3.2 由材料的阻尼特性计算构件的阻尼耗能
• 4.4 阻尼模型对结构动力响应的影响
• 4.4.1 不同阻尼模型下系统响应的计算原理
• 4.4.2 不同阻尼模型下系统响应的算例分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢