高层建筑转换层仿桁架式粘弹性阻尼器的被动控制研究

摘要

现代社会经济发展迅速，商业化进程不断加快，国内外高层建筑也越建越多，为了减小土地紧张、争取建筑物有较大空间、满足使用功能要求，常常在一栋建筑中底部选择大空间结构，上部采用小空间结构，在结构形式发生变化处采用结构转换层进行转换。但是由于在结构中设置了转换层，结构竖向构件受力不连续，转换层以下落地剪力墙较少，转换层的上、下楼层竖向刚度分布不均匀，在地震作用下结构易产生薄弱层，发生很大的变形。因此，这种转换层结构是一种非常不利于抗震的结构体系。
　　 为了解决转换层结构存在的不利于抗震的问题，本文改变以往转换层结构的抗震设计研究思路，将典型的耗能减震装置——粘弹性阻尼器与转换层结构结合起来，利用粘弹性阻尼器提供的附加阻尼和附加刚度，并结合框架柱、转换梁、楼面梁和支撑组成仿桁架式的耗能减震装置，以此来改变高层建筑转换层结构的动力特性，控制转换层结构的地震反应，提高转换层结构的抗震性能，解决转换层结构抗震能力不足的问题。
　　 本文的主要研究内容包括:
　　 1)在现有的转换层结构和粘弹性阻尼器的研究基础上，介绍粘弹性阻尼器的工作原理和计算模型，阐述安装粘弹性阻尼器的转换层结构体系的布置方式，建立带粘弹性阻尼器转换层结构的运动方程，利用现代控制理论，优化方程控制力;
　　 2)选择由不同参数的粘弹性阻尼器所组成的耗能装置，分别建立结构有限元模型，采用结构分析软件SAP2000进行模态分析和弹性时程分析，对比分析结果，选择结构控制效果最优的粘弹性阻尼器参数;
　　 3)选择控制效果最优的粘弹性阻尼器的参数，调整粘弹性阻尼器的安装位置，分别建立不同的结构有限元模型，运用结构分析软件SAP2000进行弹性时程分析，根据各结构模型的地震反应结果，确定有利于结构抗震的粘弹性阻尼器的布置。
　　 研究结果表明:在转换层及以下层布置仿桁架式粘弹性阻尼器耗能减震装置能显著减小结构的地震反应，尤其大幅减小结构转换层的反应。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题的来源及意义

1．2 转换层结构的研究现状

1．3 粘弹性阻尼器研究现状

1．4 本文研究的主要目的和内容

1．4．1 本文研究的主要目的

1．4．2 本文研究的主要内容

第2章 粘弹性阻尼器工作原理

2．1 粘弹性阻尼材料的力学性能

2．1．1 粘弹性阻尼材料

2．1．2 粘弹性阻尼材料的力学性生能

2．2 粘弹性阻尼器的计算模型

2．3 粘弹性阻尼器等效阻尼比

2．4 粘弹性阻尼器参数的确定方法

2．5 本章小结

第3章 带仿桁架式阻尼器耗能减震装置的转换层结构的抗震设计

3．1带仿桁架式阻尼器装置的转换结构的概述

3．1．1 转换层的主要结构形式

3．1．2 转换层结构存在的问题

3．1．3 仿桁架式阻尼器耗能装置的布置形式

3．2 仿桁架式阻尼器转换结构的运动方程

3．3 控制器优化设计

3．4 时程分析法

3．5 粘弹性阻尼器数量的确定

3．6 本章小结

第4章 数值模拟分析

4．1 结构分析模型的建立

4．1．1 结构地震反应的时程分析

4．1．2 结构模型的基本数据

4．1．3 建立有限元模型

4．1．4 地震波的选择

4．2 算例1

4．3 算例2

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 有待进一步解决的问题

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目