混凝土材料与结构阻尼测试、增强与表达

摘要

高阻尼混凝土的研究是一新兴的课题。目前，由于缺乏测试大尺寸构件阻尼性能的试验装置和试验技术，高阻尼混凝土的研究主要还停留在水泥净浆或水泥砂浆的层面上。此外，混凝土阻尼参数无法测试或没有测试结果，混凝土结构阻尼模型的通过Rayleigh阻尼及其拓展形式间接表达、无法通过混凝土的材料阻尼直接表达。本文为了发展高阻尼混凝土与高阻尼结构，重点研究混凝土的材料阻尼测试方法与装置、纤维混凝土的阻尼增强效应以及混凝土材料、构件与结构阻尼的关系。主要研究内容如下： 首先，利用粘弹性材料常用的KV阻尼模型和复阻尼模型，建立了粘弹性材料两种阻尼模型的阻尼参数关系，即复阻尼模型材料损耗因子与KV阻尼模型材料粘滞系数之间的关系以及材料拉压粘滞系数与材料剪切粘滞系数之间的关系。 其次，采用有限元方法，直接从材料阻尼模型出发，推导了考虑剪切变形、轴向变形影响的杆单元阻尼矩阵，经扩充组装得到了结构阻尼矩阵，建立了材料粘滞系数与结构构件阻尼矩阵的关系，并给出了此结构阻尼矩阵为比例阻尼的判别准则。此外，还推导建立了多层剪切型框架结构弹性阶段的阻尼矩阵与材料粘滞系数的关系，分析计算了材料损耗因子或材料粘滞系数对结构阻尼比的影响。 第三，为发展大尺寸构件阻尼性能的试验装置和试验技术，自主设计和研制了三点弯曲梁式材料阻尼测试装置；推导建立了三点弯曲梁式材料阻尼参数与梁跨中简谐加载力与位移相位差的关系，使得材料阻尼参数测试转化为梁跨中简谐加载力与位移相位差的测试，从而建立起了三点弯曲梁式材料阻尼测试的理论基础。 最后，为全面了解纤维混凝土的性能，探索既能显著提高混凝土阻尼，又不降低混凝土强度和其它重要性能指标的有效掺合料，利用自主设计丌发的三点弯曲梁式材料阻尼测试装置，对纤维增强混凝土的阻尼性能进行了试验研究，并初步探讨了纤维增强混凝土阻尼的机理。试验研究表明：各种纤维和胶粉掺合料均能提高混凝土的损耗因子。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题的来源及研究目的和意义

1.2混凝土阻尼及其增强研究现状与评述

1.3结构阻尼理论研究现状

1.3.1阻尼模型

1.3.2阻尼研究现状与评述

1.4本文主要内容

第2章结构材料阻尼与构件阻尼及其相互关系

2.1引言

2.2粘弹性材料两种阻尼模型的参数关系

2.2.1结构模型与假设

2.2.2结构动力学方程

2.2.3材料两种阻尼模型的参数关系

2.3结构材料阻尼与构件阻尼的关系

2.3.1考虑剪切变形影响的杆单元阻尼矩阵

2.3.2考虑轴向变形影响的杆单元阻尼矩阵

2.3.3杆单元阻尼矩阵及结构阻尼矩阵

2.3.4组合材料杆单元阻尼矩阵及结构阻尼矩阵

2.3.5结构构件阻尼表达的意义

2.4剪切型框架结构的阻尼矩阵

2.4.1结构模型及假设

2.4.2结构动力学方程

2.4.3二层剪切型框架结构阻尼矩阵

2.4.4多层剪切型框架结构阻尼矩阵

2.4.5材料阻尼参数对结构阻尼比的影响分析与算例

2.5本章小结

第3章三点弯曲梁式材料阻尼测试装置

3.1引言

3.2三点弯曲梁式材料阻尼测试的理论基础

3.2.1基本假设

3.2.2无阻尼弯曲梁振动的固有频率与振型

3.2.3复阻尼弯曲梁振动的固有频率与振型

3.2.4简谐力作用下的梁稳态位移反应

3.2.5粘弹性材料的阻尼特性

3.2.6三点弯曲梁截面尺寸的估算

3.3三点弯曲梁式材料阻尼测试装置的设计与研制

3.3.1三点弯曲梁式材料阻尼测试装置的测试系统

3.3.2三点弯曲梁式材料阻尼测试装置的设计

3.3.3三点弯曲梁式材料阻尼测试装置的研制

3.4本章小结

第4章纤维增强阻尼混凝土的三点弯曲梁式材料阻尼试验

4.1引言

4.2纤维增强混凝土的原材料与配合比设计

4.2.1原材料

4.2.2混凝土配合比设计

4.3纤维增强混凝土的三点弯曲梁式材料阻尼测试与结果分析

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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致谢