新型钢板耗能器及其在结构中的耗能减震数值计算研究

论文摘要

传统结构在大震作用下主要是依靠某些构件吸收大量地震能量,从而使整个结构进入弹塑性状态甚至屈服、破坏,进而导致整个结构在震后无法修复甚至直接倒塌。耗能减震作为一种被动控制措施是将输入结构的地震能量引向特别设置的机构和元件加以吸收和耗散,从而能够保护主体结构的安全。阻尼器是结构中专门用来消耗地震能量的构件,在结构中合理布置阻尼器可以消耗输入结构中的大部分地震能量,减小结构位移,改善和提高结构的抗震性能。消能减震技术现已成为工程抗震研究的主要发展方向之一,各国工程抗震专家和学者均积极致力于该技术的研究开发和推广应用。钢板耗能器取材方便、制造和安装简单、耐久性好、价格低廉。本文研究了一种新型软钢阻尼器,对其减振机理和减振效果作了一定的研究。主要内容如下。1.介绍了结构减震控制的背景及其各类控制方法,着重介绍了金属耗能器的分类及其应用情况。2.在前人研究的基础之上提出了四种新型钢板耗能器,通过已有实验验证了有限元计算参数的合理性,然后对新型钢板耗能器的力学性能进行了分析。3.采用有限元软件ABAQUS提供的简化单元建立了钢板耗能器的宏观计算单元—弹簧单元;探讨了钢板耗能器在结构中的安装方法,尤其是其斜撑的构造及其刚度对耗能器的耗能效果的影响,通过计算验证了以往文献对于斜撑刚度的认识是有偏颇的,不利于该种耗能减震结构的推广;在以上研究是基础上,提出了钢板耗能器简化模型在杆系结构中的安装方法,建立了同上述模型相同的简化模型,并进行了单轴及往复加载计算。4.对安装有钢板耗能器的简化后的框架结构进行了特征值分析和地震动作用下的弹塑性时程分析,研究了钢板耗能器的减震耗能效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 耗能减震器的分类
• 1.2.1 摩擦阻尼器
• 1.2.2 粘弹性阻尼器
• 1.2.3 粘滞阻尼器
• 1.2.4 复合型阻尼器
• 1.3 金属耗能器的研究进展
• 1.3.1 加劲阻尼耗能装置
• 1.3.2 槽型耗能器
• 1.3.3 单圆孔和双X 形钢板耗能器
• 1.3.4 金属圆环耗能器
• 1.3.5 无粘结支撑
• 1.3.6 低屈服点钢剪切板耗能器
• 1.4 主要研究内容
• 1.4.1 本文主要研究的目的
• 1.4.2 本文主要研究的内容
• 第二章 新型钢板耗能器力学性能研究
• 2.1 有限元计算模型简介
• 2.1.1 钢材材料参数
• 2.1.2 单元选择
• 2.1.3 非线性分析
• 2.2 计算参数验证
• 2.2.1 试验模型
• 2.2.2 试验结果
• 2.2.3 有限元计算模型
• 2.2.4 计算结果分析
• 2.3 新型钢板耗能器
• 2.3.1 新型钢板耗能器的提出
• 2.3.2 新型钢板耗能器模型介绍
• 2.3.3 新型钢板耗能器的有限元模型
• 2.3.4 单轴加载下新型钢板耗能器有限元计算结果
• 2.3.5 往复荷载作用下新型钢板耗能器有限元计算结果
• 2.4 钢板阻尼器的恢复力模型
• 2.4.1 简化建模在软件中的实现
• 2.4.2 弹簧单元计算结果及对比
• 2.5 本章小结
• 第三章 新型钢板耗能器在结构中的应用
• 3.1 安装有钢板耗能器的单榀钢框架的数值计算
• 3.1.1 钢板耗能器在结构中的连接
• 3.1.2 安装有钢板耗能器的单层单榀框架的有限元计算
• 3.1.3 改进支撑后的模型单向加载计算结果
• 3.1.4 往复荷载下计算结果
• 3.1.5 钢板耗能器的支撑结构
• 3.2 安装有钢板耗能器的框架结构的力学简化建模及其计算
• 3.2.1 结构单元形式
• 3.2.2 计算单元选择
• 3.2.3 简化模型计算结果
• 3.3 本章小结
• 第四章 安装有新型钢板耗能器结构在地震作用下的弹塑性分析
• 4.1 计算模型介绍
• 4.2 特征值求解
• 4.2.1 特征值的求解方法
• 4.2.2 ABAQUS 特征值求解器的比较
• 4.2.3 模型特征值提取
• 4.3 动力学分析的基本原理
• 4.3.1 耗能减震结构的动力学计算方程
• 4.3.2 耗能装置的刚度
• 4.3.3 阻尼矩阵的建立
• 4.4 地震作用下的弹塑性分析
• 4.4.1 地震波的选取
• 4.4.2 地震波作用下的计算结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 作者简介
• 硕士在读期间，发表的学术论文有
• 硕士在读期间，已通过国家知识产权局受理的专利有
• 致谢