钢网壳结构采用粘滞阻尼器的动力稳定性控制分析

摘要

在现代社会中，大型钢结构建筑已经广泛应用于各个领域，这些结构作为重要的公共设施，多见于厂房、住宅、办公楼和大型体育场所等，人员密集，一旦发生结构失稳破坏，会造成巨大的人员伤亡和财产损失，因此，对钢结构的动力稳定性进行控制，具有极其重要的现实意义。 考虑到动力失稳和结构振动的本质都是由于外加动力激励所引起，采用某种媒介消耗掉部分振动能量，在减小结构振动反应的同时，可以使结构的动力反应远离失稳临界区域，并能提高动力失稳临界荷载，从而达到对结构进行动力失稳控制的目的。本文基于这个原理，利用阻尼对结构动力稳定的有利影响，使用粘滞阻尼器，对钢网壳结构的动力稳定进行了有效的控制。 论文首先总结了结构动力稳定控制的研究成果，指出目前国内外基本上集中于单根构件的稳定控制，较少见到对整体结构动力稳定进行控制的相关研究，由于结构阻尼对结构的动力失稳具有有利影响，可以采用振动控制的方法对结构进行动力稳定控制。论文总结了目前对结构进行振动控制的主要方法，并从中选出适合于结构动力稳定控制的装置和控制措施。 对当前的运动稳定性理论进行了分类和总结，选出了实用性的动力稳定性判别方法。 利用有限元软件ANSYS的参数化设计语言(APDL)，编制了大型复杂网壳结构弹塑性动力稳定分析模块，对K8网壳结构在单向地震、三向地震、考虑初始缺陷、不同矢跨比等情况下，使用粘滞阻尼器，采用不同阻尼系数对结构进行了控制分析。分析结果表明，在单向和三向地震下，控制效果良好，能显著提高结构的动力失稳临界荷载。粘滞阻尼器阻尼系数的大小对控制效果有着重要的影响，通常情况下，阻尼系数越大，控制效果越好。 控制效果的好坏，与无控结构的动力失稳临界荷载有关，通常情况下，临界荷载越小，控制效果越好，但其并不是影响控制效果的唯一因素，控制效果的好坏与结构矢跨比和缺陷形式也有关系。 对K8网壳采用不同的阻尼器布置方式，控制分析结果表明，存在最佳的布置方式，能够使用较少的阻尼器，较小的阻尼系数，获得更好的控制效果。 对K6网壳结构在不同地震波作用下的动力稳定性控制分析表明，结构在不同地震波作用下，对不同的K系列网壳都具有良好的控制效果。 对施威德勒网壳进行了三向地震作用下动力稳定控制分析。在三向地震作用下，有缺陷时的控制效果高于无缺陷时的控制效果。在无控结构动力失稳临界荷载相近的情况下，施威德勒网壳的动力稳定控制效果远好于K8网壳。说明结构类型和阻尼器布置方式对控制效果有着重要影响。 论文最后根据分析结果，给出了网壳结构动力稳定控制的合理方法和建议，以供工程实际参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1钢结构动力稳定性研究的重要性

1.2结构动力稳定控制的研究概况

1.3结构振动控制方法的分类和研究进展

1.3.1被动控制

1.3.2主动控制

1.3.3半主动控制

1.3.4混合控制

1.4结构动力稳定的影响因素

1.5本文的研究目的和主要工作

第2章结构动力稳定性实用判别方法.

2.1动力稳定性的主要分析方法和判别方法

2.2李亚普诺夫运动稳定性理论

2.3 Lyapunov运动稳定性理论在杆系钢结构中的应用

2.4结构动力稳定性实用判别方法

2.5本章小结

第3章动力稳定控制的装置选择和布置及数值分析方法

3.1动力稳定控制对象和结构参数

3.2结构动力稳定控制方式的选择

3.3粘滞阻尼器的性能

3.4粘滞阻尼器的布置

3.5结构动力稳定控制原理

3.6粘滞阻尼器动力稳定控制全过程分析的数值计算方法

3.7 ANSYS软件的应用

3.7.1建模

3.7.2建立初始条件

3.7.3设置求解选项

3.7.4施加荷载及写入荷载步文件，求解

3.7.5后处理

3.8算例验证：十二单元六变形穹顶网壳的动力稳定性

3.9本章小结

第4章K8网壳水平地震动力稳定控制非线性全过程分析

4.1结构参数

4.2地震波的输入

4.3矢跨比1/5网壳结构在水平地震作用下的弹塑性动力稳定控制

4.3.1无缺陷

4.3.2屈曲缺陷

4.3.3振型缺陷

4.4矢跨比1/7网壳结构在水平地震作用下的弹塑性动力稳定控制

4.4.1无缺陷

4.4.2屈曲缺陷

4.4.3振型缺陷

4.5水平地震作用下初始缺陷对动力稳定控制效果的影响

4.5.1矢跨比1/5网壳结构

4.5.2矢跨比1/7网壳结构

4.6水平地震作用下矢跨比对动力稳定控制效果的影响

4.7本章小结

第5章K8网壳竖向地震动力稳定控制非线性全过程分析

5.1矢跨比1/5网壳结构在竖向地震作用下的弹塑性动力稳定控制

5.1.1无缺陷

5.1.2屈曲缺陷

5.1.3振型缺陷

5.2矢跨比1/7网壳结构在竖向地震作用下的弹塑性动力稳定控制

5.2.1无缺陷

5.2.2屈曲缺陷

5.2.3振型缺陷

5.3竖向地震作用下初始缺陷对动力稳定控制的影响

5.3.1矢跨比1/5网壳结构

5.3.2矢跨比1/7网壳结构

5.4竖向地震作用下矢跨比对动力稳定控制的影响

5.5本章小结

第6章K8网壳三向地震动力稳定控制非线性全过程分析

6.1矢跨比1/5网壳结构在三向地震作用下的弹塑性动力稳定控制

6.1.1无缺陷

6.1.2屈曲缺陷

6.1.3振型缺陷

6.2矢跨比1/7网壳结构在三向地震作用下的弹塑性动力稳定控制

6.2.1无缺陷

6.2.2屈曲缺陷

6.2.3振型缺陷

6.3三向地震作用下初始缺陷对动力稳定控制的影响

6.3.1矢跨比1/5网壳结构

6.3.2矢跨比1/7网壳结构

6.4三向地震作用下矢跨比对动力稳定控制的影响

6.5地震作用方向对动力稳定控制的影响

6.5.1矢跨比1/5网壳结构

6.5.2矢跨比1/7网壳结构

6.6本章小结

第7章不同布置方式和不同地震波对动力稳定控制的影响

7.1阻尼器不同布置方式对K8网壳的动力稳定控制效果的影响

7.1.1水平地震

7.1.2竖向地震

7.1.3三向地震

7.2 K6网壳在不同地震波下的动力稳定控制

7.2.1天津波作用下

7.2.2 El Centro波作用下

7.2.3 Taft波作用下

7.3本章小结

第8章施威德勒网壳三向地震动力稳定控制全过程分析

8.1结构参数

8.2阻尼器的布置

8.3无缺陷网壳结构在三向地震作用下的弹塑性动力稳定控制

8.4屈曲缺陷网壳结构在三向地震作用下的弹塑性动力稳定控制

8.5振型缺陷网壳结构在三向地震作用下的弹塑性动力稳定控制

8.6初始缺陷对动力稳定控制的影响

8.7网壳结构动力稳定控制的合理方法和建议

8.8本章小结

第9章总结与展望

9.1总结

9.2存在的问题与展望

参考文献

致谢

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果