粘弹性消能支撑钢框架结构的减震分析及优化设计研究

摘要

工程结构减震控制是目前工程抗震技术中的热点问题之一，本文探讨的粘弹性阻尼器及其在高层建筑结构控制中的应用，属于耗能减震技术的应用研究。在支撑框架结构的支撑上添加粘弹性阻尼器来形成消能支撑，则是近年来出现的一种新型的耗能减震结构形式，它通过增加结构的阻尼、耗散结构的振动能量来达到减小结构地震响应、提高结构整体抗震性能的目的。由于其装置简单、材料经济，在实际结构振动控制中具有广泛的应用前景。本文就粘弹性消能支撑框架结构在目前发展以及研究较少的问题，进行进一步的探索研究。
　　 本文具体研究内容如下：
　　 (1)分析了粘弹性阻尼器的力学性能和计算模型，阐述了粘弹性阻尼结构的分析与设计方法，分析和探讨了粘弹性阻尼器在框架结构控制中的应用及其优化布置。
　　 (2)采用目前通用的大型有限元分析软件SAP2000，以一个15层的空间钢框架结构为研究对象，建立了纯框架结构、人字型中心支撑钢框架结构和人字型消能支撑钢框架结构三种不同的结构模型，经过模态分析得出了三种结构的自振特性；并选取ElCentro地震波，对三种结构模型进行了罕遇地震下的非线性时程分析，分析粘弹性阻尼减震结构的动力响应、减震性能。
　　 (3)对比分析了几种不同支撑形式的消能支撑框架结构，对比其在罕遇地震下的减震效果，通过对计算结果的分析最终得出一些有益的结论。
　　 (4)对粘弹性阻尼器进行优化设置，以15层空间钢框架为研究对象，在框架结构中采用了三种粘弹性阻尼器的优化布置方式，对比了不同优化布置方式对结构的控制效果。通过数据分析，得出各种优化方式的作用特点，提出对阻尼器优化布置有益建议。
　　 根据上述的研究分析，提出了一些对耗能减震技术应用于实践的有益建议，可供工程设计人员参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 结构减震控制的概念与分类

1．2．1 结构减震控制的基本概念

1．2．2 结构减震控制的分类

1．3 耗能减震的概念、研究状况与优越性

1．3．1 耗能减震的概念

1．3．2 耗能减震技术的国内外研究现状

1．3．3 消(耗)能支撑在国内外研究现状

1．3．4 耗能减震结构的优越性及应用范围

1．4 对消能支撑进行优化设计的研究现状

1．5 主要研究内容

2 粘弹性阻尼嚣的性能与特点

2．1 概述

2．2 粘弹性阻尼材料

2．2．1 粘弹性材料及其特性

2．2．2 粘弹性材料的动态力学性能

2．2．3 影响粘弹性材料性能的因素

2．3 粘弹性阻尼器的恢复力模型

2．3．1 Maxwell模型

2．3．2 Kelvin模型

2．3．3 标准线性固体模型

2．3．4 等效刚度和等效阻尼模型

2．3．5 分数导数模型

2．3．6 有限元模型

2．4 粘弹性阻尼器的原理

2．5 粘弹性阻尼器的支撑

2．5．1 粘弹性阻尼器支撑的形式

2．5．2 支撑刚度对粘弹性阻尼结构性能的影响

3 粘弹性阻尼减震结构的分析与设计方法

3．1 粘弹性阻尼减震结构的分析方法

3．1．1 时程分析法

3．1．2 输入地震波的选择

3．1．3 结构的恢复力模型

3．1．4 FNA快速非线性分析法

3．2 粘弹性阻尼减震结构的设计方法

3．2．1 耗能减震结构的适用范围和设防目标

3．2．2 耗能减震结构设计的性能标准

3．2．3 耗能器的选择及布置原则

3．2．4 粘弹性阻尼结构设计步骤

3．3 粘弹性阻尼减震结构的优化设计

3．3．1 粘弹性耗能器参数的优化

3．3．2 粘弹性耗能器数量的确定

3．3．3 粘弹性耗能器的布置位置优化

3．3．4 以层间位移角(或层间位移)为控制函数

3．3．5 以控制力为控制函数

3．3．6 以层间位移和层位移为控制函数

3．3．7 以层间位移和顶层位移为控制函数

3．3．8 以振型为控制函数

4 消能支捧钢框架结构的减震性能分析

4．1 有限元软件的简介

4．2 结构计算模型的建立

4．2．1 模型的基本数据

4．2．2 结构布置方案的选取

4．2．3 结构模型的说明

4．2．4 地震波的选取

4．3 三种结构的抗震性能分析

4．3．1 三种结构模型的自振周期的对比

4．3．2 三种结构在罕遇地震下顶层位移以及顶层加速度的比较

4．3．3 三种结构在罕遇地震下各层层间位移以及各层加速度的比较

4．3．4 结构基底剪力和弯矩的比较

4．4 粘弹性阻尼器耗能减震效果分析

5 不同形式清能支捧结构的抗震性能比较分析

5．1 模型的建立

5．1．1 结构的布置方案

5．1．2 模型的说明

5．2 四种不同形式消能支撑结构的计算结果对比图表

5．3 计算结果分析

5．3．1 人字型消能支撑框架结构的计算结果分析

5．3．2 K字型消能支撑框架结构的计算结果分析

5．3．3 V字型消能支撑框架结构的计算结果分析

5．3．4 单斜消能支撑框架结构的计算结果分析

5．4 本章小结

6 设置粘弹性阻尼器减震结构的优化设计研究

6．1 优化设计原则及设计步骤

6．2 优化设计方案

6．2．1 结构优化设计中目标函数的选取

6．2．2 优化设计方案说明

6．2．3 粘弹性阻尼器循环布置方法及过程

6．2．4 粘弹性阻尼器权系数布置方法及过程

6．3 结构不同方案计算结果及比较分析

6．3．1 三种方案的计算结果图表

6．3．2 三种方案各层阻尼器布置数量的比较

6．3．3 三种方案的计算结果的对比分析

6．4 小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

致谢!

参考文献

附录