高层建筑结构被动消能减震控制与性能优化研究

摘要

消能减震控制是当前结构抗震设计中的主要方法之一,其中采用粘滞阻尼器进行被动控制的方法,具有构造简单、施工方便、减震效果明显等优点,在实际工程中具有广泛的应用前景。
　　本文介绍了粘滞阻尼器的基本构造和恢复力模型,提出了装设粘滞阻尼器结构的减震设计要点,包括阻尼器的选择以及粘滞阻尼器在结构中的安装形式和布置原则,并且对装设粘滞阻尼器结构的减震设计分析进行了概述,归纳出了装设粘滞阻尼器结构的减震设计方法。
　　论文采用有限元分析软件SAP2000,以1个12层框架结构为原型,装设粘滞阻尼器并采用相同截面和配筋,将其扩展为15层,建立了1个15层装设粘滞阻尼器的钢筋混凝土框架结构计算模型,分别从计算模型结构的两个主轴方向输入EL Centrol波、Taft波和人工地震波,对没有装设阻尼器的无控结构和每层均装设阻尼器(方案一)的消能减震结构进行了地震反应分析和对比,验证了通过装设粘滞阻尼器的被动消能减震方法不仅能够显著提高结构的抗震性能,而且可以使结构在不改变构件截面和配筋的情况下增加结构楼层数量的设计理念和方法。
　　此外,论文还在上述分析的基础上，提出了两种优化控制方案,即以层间位移为控制函数的优化分析方案(方案二)和根据动力弹塑性分析结果进行阻尼器布置的优化分析方案(方案三)。其中方案二先对无控结构进行动力时程分析,以确定层间位移最大的楼层,然后将阻尼器装设在该楼层并进行受控结构的动力时程分析,依次重复循环逼近,直至最大层间位移角满足《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)的要求为止。方案三先对无控结构进行动力弹塑性分析,并根据计算结果分析结构构件的屈服顺序以及相应的塑性发展规律,以确定结构的薄弱部位,再根据塑性铰的塑性发展程度装设不同参数的粘滞阻尼器,进行受控结构的动力弹塑性分析,直至满足《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)的要求为止。
　　最后,论文还从结构各层加速度、层间位移、层剪力和阻尼器装设数量等方面对上述三种控制方案的计算结果进行了对比分析。结果表明,方案三不仅具有较好的控制效果,而且也具有较好的经济性,可供实际工程应用时参考。

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第1章绪论

1.1序言

1.2结构控制技术概述

1.3消能减震技术概述

1.4国内外研究现状及发展趋势

1.5本文的研究目的和主要内容

第2章 粘滞阻尼器的性能及其力学模型

2.1粘滞阻尼器的分类及构造

2.2粘滞阻尼器的相关参数

2.3粘滞阻尼器的恢复力模型

2.4本章小结

第3章 装设粘滞阻尼器结构的消能减震设计分析

3.1装设粘滞阻尼器结构的减震设计要点

3.2装设粘滞阻尼器结构的减震设计分析

3.3装设粘滞阻尼器结构的减震设计方法

3.4本章小结

第4章 装设粘滞阻尼器结构的实例分析

4.1引言

4.2某框架结构消能减震设计概述

4.3无控结构的动力计算和分析

4.4装设粘滞阻尼器的消能结构动力计算和分析

4.5装设粘滞阻尼器的消能结构与无控结构的对比

4.6本章小结

第5章 装设粘滞阻尼器结构的方案优化

5.1前言

5.2方案二——以层间位移为控制函数

5.3方案三——依据动力弹塑性分析法

5.4 三种方案的数据对比分析

5.5本章小结

第6章 结论和展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文与研究成果