粘滞流体阻尼器消能减振技术的理论、试验与应用研究

摘要

结构消能减振技术是一种结构控制技术,它是通过在结构的适当位置安装消能减振装置,利用这些装置的耗能来减小结构在强震和大风作用下的振动反应.粘滞流体阻尼器就是一种性能优良的消能减振装置.该文针对粘滞流体阻尼器消能减振技术的理论、试验与工程应用进行了系统的研究.(1)对粘滞流体阻尼器的减振机理进行分析,对比了双出杆、单出杆、油缸间隙式以及外加油路装置等不同构造的阻尼器的工作性能和优缺点;对不同粘度的硅油、液压油等粘滞阻尼材料的性能进行了对比研究.(2)以伯努利方程和层流理论为基础,根据流体力学理论建立了双出杆型粘滞流体阻尼器的理论计算公式,并探讨了理论计算公式与实际应用之间产生差异的原因.(3)在研究基本原理的基础上,设计、研制出具有自主知识产权的性能良好的粘滞流体阻尼器产品——双出杆型粘滞流体阻尼器.(4)进行了粘滞流体阻尼器的动态力学性能试验、力学模型建立和性能参数标定,系统地对粘滞流体阻尼器工作性能的各种影响因素进行研究.研究认为,粘滞流体阻尼器的输出阻尼力与活塞有效面积、阻尼孔面积大小、阻尼孔长度和形状、活塞运动速度、温度、阻尼材料粘度和粘温关系、激振频率和位移幅值变化等各种因素有关,并通过试验得出了阻尼力与各种影响参数之间的经验公式.(5)研究了粘滞流体阻尼器用于建筑结构消能减振设计的设计原理、分析方法.包括阻尼器的设置、消能支撑的型式、支撑钢杆的设计、抗震设防目标、消能减振建筑结构的特点,以及消能减振结构设计计算要点;给出了消能减振结构的附加水平控制力、阻尼器附加有效阻尼比和总有效阻尼比、地震影响系数、阻尼矩阵的计算方法;介绍了采用粘滞流体阻尼器进行消能减振设计的两种计算方法——振型分解反应谱法和直接动力时程分析法设计计算要点;给出了采用粘滞流体阻尼器进行消能减振设计的实用设计步骤.(6)研究了采用粘滞流体阻尼器的调频质量阻尼器系统(TMD)用于大跨结构和高柔结构消能减振设计的设计原理.(7)通过对粘滞流体阻尼器用于高层结构、大跨结构、顶部设有钢塔的高层结构等实际工程的研究,进一步介绍了粘滞流体阻尼器用于工程结构消能减振的设计方法.对工程采用粘滞流体阻尼器减振设计的计算原理、阻尼器选用、阻尼器布置、连接装置的构造做法以及减振结果分析进行了详细介绍.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2研究的目的和意义

1.2.1结构抗震设计理论的发展

1.2.2传统结构抗震设计理论的局限性

1.2.3本文研究的意义

1.3结构控制及消能减振技术

1.3.1结构控制的概念

1.3.2结构控制的减振机理

1.3.3结构控制技术的分类

1.3.4结构消能减振技术

1.3.5结构消能减振体系的分类

1.3.6消能器的分类

1.4粘滞流体阻尼器的研究和应用现状

1.4.1国际上的研究和应用现状

1.4.2国内的研究和应用现状

1.5本文的主要研究内容

第二章粘滞流体阻尼器的减振原理与设计制造

2.1概述

2.2粘滞流体阻尼器的构造原理

2.2.1单出杆流体阻尼器

2.2.2双出杆流体阻尼器

2.2.3油缸间隙式流体阻尼器

2.2.4阻尼孔的类型

2.3本文研制的粘滞流体阻尼器的设计、制造与理论研究

2.3.1粘滞流体阻尼器的设计与制造

2.3.2粘滞流体材料的阻尼特性和耗能机理

2.3.3阻尼孔的阻尼特性

2.3.4粘滞流体阻尼器的理论计算公式

2.3.5粘滞流体阻尼器的耐久性

2.4小结

第三章粘滞流体阻尼器的动态力学性能试验

3.1概述

3.2粘滞流体阻尼器的动态力学性能试验

3.2.1试验目的

3.2.2试验用阻尼器规格

3.2.3试验装置

3.2.4试验方法

3.2.5试验结果及观察到的现象

3.3试验结果分析

3.3.1根据试验结果得出的阻尼器计算公式

3.3.2粘滞流体阻尼器在变频作用下的MAXWELL模型

3.4小结

第四章粘滞流体阻尼器用于建筑结构的减振设计原理与设计方法

4.1概述

4.2采用粘滞流体阻尼器的建筑结构消能减振设计原理及一般规定

4.2.1采用粘滞流体阻尼器的结构消能减振技术原理

4.2.2采用粘滞流体阻尼器的结构消能减振设计的一般规定

4.3采用粘滞流体阻尼器的建筑结构消能减振设计方法

4.3.1采用粘滞流体阻尼器的消能减振设计的计算要点

4.3.2粘滞流体阻尼器消能支撑的型式及附加水平控制力

4.3.3粘滞流体阻尼器消能支撑中支撑钢杆的设计

4.3.4采用粘滞流体阻尼器的消能减振结构的有效阻尼比

4.3.5采用粘滞流体阻尼器的消能减振结构的抗震设计反应谱

4.3.6采用粘滞流体阻尼器的消能减振结构的振型分解反应谱法

4.3.7采用粘滞流体阻尼器的消能减振结构的时程分析法

4.4采用粘滞流体阻尼器的建筑结构实用设计步骤

4.5小结

第五章采用粘滞流体阻尼器的TMD系统的减振设计研究

5.1 TMD系统的减振原理

5.2采用粘滞流体阻尼器的TMD系统用于大跨和高柔结构的减振设计研究

5.2.1采用粘滞流体阻尼器的TMD系统的分类及涉及的主要问题

5.2.2采用粘滞流体阻尼器的TMD系统用于大跨和高柔结构的减振计算模型

5.2.3大跨和高柔结构在外部简谐激励作用下的减振设计分析

5.3小结

第六章粘滞流体阻尼器减振技术的工程应用研究

6.1概述

6.2宿迁市教委综合楼采用粘滞流体阻尼器的消能减振设计

6.2.1工程概况

6.2.2结构消能减振设计方案

6.2.3地震作用下的结构消能减振计算

6.2.4小结

6.3北京太平桥大街人行过街天桥采用TMD系统的消能减振设计

6.3.1工程概况

6.3.2采用粘滞流体阻尼器的TMD系统消能减振设计方案及计算结果

6.3.3天桥动力响应分析

6.3.4小结

6.4西安长庆石油局高层综合楼采用粘滞流体阻尼器的消能减振设计

6.4.1工程概况

6.4.2粘滞流体阻尼器的布置

6.4.3微波发射塔在风荷载作用下的振动控制分析

6.4.4微波发射塔在地震作用下的振动控制分析

6.4.5 小结

第七章总结与展望

7.1全文总结

7.2研究展望

附录一：图索引

附录二：表索引

参考文献

作者在攻读博士学位期间发表的论文

作者简历

致谢