耗能阻尼器对有薄弱层框架地震反应控制的研究

摘要

具有薄弱层的框架结构刚度沿竖分布不均匀.在地震中薄弱层将产生较大的层间变形,从而发生严重的震害.为了控制具有薄弱层的框架结构的地震反应,该文提出在框架薄弱层处设置耗能阻尼器人字型支撑.耗能阻尼器是通过增加结构阻尼,耗散结构的振动能量来达到减小结构反应目的的.由于这种耗能阻尼器的控制力是控制装置随结构一起运动而被动产生的,因此,这种被动控制具有装置简单,价格便宜,可靠性好,无需外加能源等优点,越来越受到各国专家学者和工程设计人员的重视.论文首先进行了摩擦阻尼器和粘弹性阻尼器的动力性能试验,获得了两种阻尼器的滞回曲线和性能参数随激励性质变化的规律,为进一步开发新型的耗能阻尼器提供了基础.该文设计加工的活塞式常摩擦力阻尼器耗能明显,且能方便地运用于实际工程.同时在上述两种阻尼器试验基础上对粘弹性-摩擦阻尼器的耗能机理进行了研究,并在理论上获得了它的滞回曲线.该文然后在试验的基础上,分别建立了三种阻尼器的有限元模型,并在力学模型的基础上进一步建立了耗能阻尼器与支撑的组合单元刚度矩阵.基于框架结构剪切型层模型,建立了耗能阻尼器对建筑结构非线性地震反应的基本控制方程,由此进行了某十二层钢筋混凝土框架结构设置三种耗能阻尼器在多遇和罕遇地震下的动力有限元分析,为进行实际结构设置耗能阻尼器的抗震设计提供了有益的参考.该文最后进行了框架薄弱层设置耗能阻尼器支撑的地震模拟振动台试验和针对振动台试验的有限元分析.试验分别在五层钢框架模型的第一、三和五层薄弱层设置三种耗能阻尼器支撑,进行了多遇地震和罕遇地震的抗震试验.试验结果和理论计算结果表明,在多遇地震下摩擦机构不起滑,粘弹性-摩擦阻尼器的减振效果和纯粘弹性阻尼器相当,而摩擦阻尼器的作用相当于纯支撑;在罕遇地震下粘弹性材料达到剪切极限,摩擦机构起滑,故粘弹性-摩擦阻尼器的减振效果最好.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1课题来源

1.2课题研究的科学意义

1.3结构被动控制耗能阻尼装置的分类

1.4耗能阻尼器研究和应用的国内外现状

1.4.1粘弹性阻尼器的试验研究和工程应用

1.4.2摩擦阻尼器的试验研究和工程应用

1.5本文的工作思路和内容

第二章常摩擦力阻尼器的试验研究和计算模型

2.1前言

2.2摩擦的基本概念

2.3摩擦阻尼器的动力特性试验分析

2.3.1摩擦阻尼器的滞回特性

2.3.2活塞式摩擦阻尼器的动力特性试验

2.4摩擦阻尼器的有限元模型

2.4.1干摩擦阻尼单元

2.4.2弹性摩擦阻尼单元

2.5摩擦阻尼器的单元刚度矩阵

2.6本章小结

第三章粘弹性阻尼器的试验研究和计算模型

3.1前言

3.2粘弹性材料

3.2.1粘弹性材料分子结构

3.2.2粘弹性材料的耗能机理及动力特性

3.2.3影响粘弹性材料动力特性的主要因素

3.3粘弹性阻尼器的动力特性试验

3.4粘弹性阻尼器的计算模型

3.5粘弹性阻尼器的单元刚度矩阵

3.6粘弹性阻尼器和人字型支撑的组合单元刚度矩阵

3.7本章小结

第四章粘弹性－摩擦阻尼器的理论研究和计算模型

4.1前言

4.2 F-VED的装置形式及耗能原理

4.3粘弹性－摩擦阻尼器的力学模型

4.4粘弹性－摩擦阻尼器与人字支撑的组合单元刚度矩阵

4.5本章小结

第五章耗能阻尼器对建筑结构地震反应非线性有限元分析

5.1耗能阻尼器对建筑结构地震反应的控制方程

5.2框架结构层模型侧移刚度矩阵计算

5.2.1框架结构剪切型层模型的特点

5.3工程实例分析

5.3.1工程概况

5.3.2计算结果

5.4本章小结

第六章薄弱层设置耗能阻尼器的钢框架地震模拟振动台试验

6.1前言

6.2试验概况

6.2.1钢框架的设计

6.2.2试验用模拟地震振动台系统

6.2.3量测系统和测点布置

6.3试验工况

6.3.1薄弱层的确定

6.3.2地震波的选用和耗能阻尼器的制作参数

6.4试验框架模型的动力特性试验和计算机仿真

6.5振动台试验结果

6.5.1薄弱层位于底层工况

6.5.2薄弱层位于第三层工况

6.5.3薄弱层位于第五层工况

6.6试验结果分析

6.7本章小结

第七章结论与展望

7.1全文工作总结

7.2进一步研究的设想

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢