混凝土封砂结构对阻尼性能影响的试验与理论研究

论文摘要

阻尼是反映结构体系振动分析过程中能量耗散特征的参数,是影响结构振动响应和地震反应的重要因素之一。研究封砂结构混凝土阻尼性能,可为研究混凝土组合结构的阻尼机理打下基础,可为工程设计人员进行减振设计提供帮助,并为设计新型的减振混凝土结构提供依据。本文采用碎石分别配制了C10、C15、C20、C25、C30的普通混凝土,制作预留直径32mm圆形通长孔洞的混凝土长方体试件(450mm×150mm×100mm),在孔洞内填充了不同填充率和填充粒径的散粒材料得到不同类型的封砂结构。采用悬挂自由振动方式来测定各类型封砂结构混凝土的阻尼比和响应频率等参数,获得了阻尼比与抗压强度、填充率、填充颗粒粒径、响应频率等参数之间的关系,并对封砂结构混凝土计算模型的建立进行了探讨,为研究普通混凝土的封砂结构与阻尼比之间的关系打下基础。试验表明:抗压强度、填充率、填充颗粒粒径、响应频率都是封砂结构混凝土阻尼比的影响因素,填充率和填充颗粒粒径影响最为明显。本文主要结论有:(1)封砂结构混凝土阻尼比随抗压强度的提高而减小;随填充率增大而提高,填充率为100%时的混凝土阻尼比最大,平均阻尼比比无填充时提高25%左右;随填充颗粒粒径的增大先提高后减小,最佳填充颗粒粒径为5mm,平均阻尼比比无填充时提高40%左右;(2)填充颗粒粒径对封砂结构混凝土阻尼比的影响比填充率更明显;(3)对不同激励面,阻尼比随着响应频率的增大而呈波形变化,且波峰的峰值随响应频率的增大而逐渐减小;(4)最后本文对以上结果做出如下理论分析:抗压强度影响阻尼比的原因;填充率和填充颗粒粒径对阻尼比的影响机理。(5)对封砂结构混凝土的计算模型建立进行了一定的探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 阻尼机理
• 1.2.1 工程材料的材料阻尼
• 1.2.2 流体的粘滞阻尼
• 1.2.3 结合面阻尼与库仑摩擦阻尼
• 1.2.4 冲击阻尼
• 1.2.5 磁电效应产生的阻尼
• 1.3 现有的阻尼数学模型
• 1.3.1 粘性阻尼
• 1.3.2 复阻尼
• 1.3.3 能量法表征的损耗因子
• 1.4 阻尼表征参量
• 1.4.1 损耗因子
• 1.4.2 对数衰减率
• 1.4.3 相位差角正切
• 1.4.4 比阻尼能力
• 1.4.5 品质因子倒数
• 1.5 混凝土材料阻尼的国内外研究现状
• 1.6 本文的研究内容
• 第二章 模态试验的基础理论
• 2.1 概述
• 2.2 模态分析基本原理
• 2.3 基本模态分析方法
• 2.3.1 测力法模块
• 2.3.2 不测力法模块
• 2.4 试验模态分析的基本步骤
• 第三章 试验原材料和研究方案
• 3.1 技术路线
• 3.2 试验原材料
• 3.3 混凝土配合比的确定
• 3.3.1 混凝土配合比设计举例
• 3.3.2 试验用混凝土配合比
• 3.4 试件的尺寸设计
• 3.4.1 阻尼试件尺寸的确定
• 3.4.2 阻尼试件中孔洞的预留
• 3.5 试件的制作
• 3.5.1 计量
• 3.5.2 搅拌
• 3.5.3 装模并振捣成型
• 3.5.4 阻尼试件的制作中需要注意的方面
• 第四章 性能测试与结果分析
• 4.1 抗压强度测试
• 4.2 阻尼性能测试
• 4.2.1 阻尼测试方法
• 4.2.2 模态测试
• 4.2.3 实验图形举例
• 4.2.4 模态分析及结果
• 4.3 试验结果分析
• 4.3.1 抗压强度对封砂结构混凝土阻尼比的影响
• 4.3.2 填充率对封砂结构混凝土阻尼比的影响
• 4.3.3 填充颗粒粒径对封砂结构混凝土阻尼比的影响
• 4.3.4 响应频率与封砂结构混凝土阻尼比的关系
• 4.4 小结
• 第五章 封砂结构混凝土的计算模型探讨
• 5.1 封砂结构混凝土的摩擦耗能模型
• 5.2 封砂结构混凝土的颗粒冲击模型
• 5.3 算例分析
• 第六章 封砂结构混凝土与阻尼比关系的机理分析
• 6.1 概述
• 6.2 抗压强度的影响机理
• 6.3 填充率的封砂结构混凝土阻尼比的影响机理
• 6.4 填充颗粒粒径对封砂结构混凝土阻尼比的影响机理
• 第七章 结束语
• 7.1 本文主要完成的工作
• 7.2 主要结论
• 7.3 建议与展望
• 参考文献
• 成果目录
• 致谢