设置消能偏心支撑钢框架的抗震性能及优化设计研究

摘要

目前，结构振动控制是工程中抗震技术的热点问题之一。在偏心支撑框架结构的支撑上串联一个粘弹性阻尼器来形成消能偏心支撑，则是近年来出现的一种新型的消能减震结构形式。它通过消能支撑体系的非弹性变形消耗大量的地震能量，使结构地震反应大大衰减，这可以起到双保险的作用。由于该种结构的这些优越性，而被越来越多的设计者所采用。 本文的主要研究内容： 结合现行建筑抗震设计规范和目前国内外在这个方面的研究成果，进一步分析了粘弹性阻尼器的力学性能以及计算模型；并讨论了消能支撑体系的计算模型以及性能特点，分析了钢支撑刚度与粘弹性阻尼器刚度的比值对消能支撑性能的影响；并推导出了消能支撑水平控制力的计算公式以及消能支撑极限承载力的复核公式。 采用目前通用的大型有限元分析软件ANSYS，以一个15层的空间钢框架结构为研究对象，建立了纯框架结构、偏心支撑钢框架结构和消能偏心支撑钢框架结构三种不同的结构模型，经过模态分析得出了三种结构的自振特性；并选取Elcentro地震波，对三种结构模型进行了罕遇地震下的非线性时程分析，通过对计算结果的分析最终得出一些有益的结论。 对设置消能偏心支撑结构的钢框架模型进行粘弹性阻尼器设置位置的优化分析以及粘弹性阻尼材料的参数优化分析。使用ANSYS软件中的ANSYS参数化设计语言（APDL语言），编写了结构模型在罕遇地震下的时程分析程序，通过建立三种不同的目标函数，根据顺序逼近法确定粘弹性阻尼器在各种情况下的最优位置；同时应用ANSYS软件中的优化设计模块，使用APDL语言编写了对粘弹性阻尼材料参数进行优化设计分析的程序，通过计算得出粘弹性阻尼材料参数的最优解。 根据上述的研究分析，提出了一些对消能减震技术应用于实践的有益建议，可供工程设计人员参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2消能偏心支撑结构的研究现状

1.2.1消能减震技术的国内外研究现状

1.2.2消能支撑结构的研究现状

1.3对消能减震结构进行优化设计的研究现状

1.4本文研究的主要内容

第2章粘弹性阻尼器的性能及特点分析

2.1概述

2.2粘弹性阻尼材料的动态力学性能

2.3粘弹性阻尼器的力学性能分析

2.4粘弹性阻尼器的各种计算模型

2.4.1复刚度模型

2.4.2 Maxwe Ⅱ模型

2.4.3 Kelvin模型

2.4.4标准线性固体模型

2.4.5四参数模型

2.4.6有限元模型

2.5粘弹性阻尼器的数量以及阻尼材料的几何参数确定方法

2.5.1粘弹性阻尼器数量的确定方法

2.5.2粘弹性阻尼材料厚度的选择

2.5.3粘弹性阻尼材料面积的选择

第3章消能偏心支撑结构的性能特点研究

3.1概述

3.2粘弹性消能支撑的布置形式

3.3粘弹性消能支撑的性能研究

3.3.1粘弹性消能支撑的计算模型

3.3.2钢支撑的刚度对消能支撑性能的影响

3.4设置粘弹性消能偏心支撑结构的性能研究

3.4.1粘弹性消能支撑的轴向变形

3.4.2粘弹性消能支撑水平控制力的计算

3.4.3粘弹性消能支撑极限承载力的复核

第4章消能偏心支撑空间钢框架的抗震性能分析

4.1计算模型的基本数据与基本假定

4.1.1结构布置方案的选取

4.1.2建模过程中的基本假定

4.1.3主要结构构件参数

4.1.4计算模型的参数取值

4.1.5建模的基本内容

4.2三种结构模型的自振特性分析

4.3三种结构模型的抗震性能分析

4.3.1地震波的选用

4.3.2消能减震结构的性能标准

4.3.3三种结构模型在罕遇地震下的动力反应分析

4.4 耗能减震效果分析

第5章设置消能偏心支撑钢框架的优化设计研究

5.1优化设计方法的介绍

5.1.1结构优化中的优化算法

5.1.2结构优化设计在土木工程结构减震控制中的应用

5.2粘弹性阻尼器的优化设置原则

5.3粘弹性阻尼器设置位置的优化设计分析

5.3.1粘弹性阻尼器的位置优化的一般步骤

5.3.2优化设计中目标函数的选取

5.3.3算例分析

5.4粘弹性阻尼器的参数优化设计研究

5.4.1粘弹性阻尼器的参数对结构耗能效果的影响分析

5.4.2对储存剪切模量进行参数优化设计分析

结论

参考文献

致谢

附录A：攻读学位期间所发表的学术论文目录