安装粘弹性阻尼减振装置的高层建筑抗震研究

摘要

工程结构振动控制是目前工程抗震技术中的热点问题之一,该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,属于消能减震技术的应用研究.采用粘弹性材料制成的粘弹性阻尼器是一种典型的被动控制装置,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.该文结合现行建筑抗震设计规范和目前国内外此方面的研究成果,进一步分析粘弹性材料和粘弹性阻尼器的力学性能,对安装粘弹性阻尼器的消能减震结构体系的设计方法进行了分析和探讨,对消能减震结构的能量设计方法进行了系统总结.该文采用目前通用的大型有限元分析软件ANSYS,以一幢24层钢结构高层建筑为研究对象,建立了框架结构、框架-支撑结构和安装粘弹性阻尼器的消能减震结构三种不同的结构方案的三维空间模型,分析了三种结构方案的自振特性,并分别对三种结构由地面输入EL-centro地震波,进行了多遇地震作用下弹性时程反应分析和罕遇地震作用下的结构弹塑性时程反应分析,并对抗震效果进行了分析比较,最终得出结论.分析表明,粘弹性阻尼器不仅可以在多遇地震下有效工作,在突发的罕遇地震作用下,也能够很好的发挥耗能减震作用.由于结构中安装了粘弹性阻尼减振器,使结构的抗震性能明显改善,并且,大幅度提高了结构的安全储备.对于高层建筑,在结构中适当的增加粘弹性阻尼装置,不会对结构整体的动力特性产生较大的负面影响,而且显著提高了建筑物的抗震性能,改善了建筑的可居住性,使建筑物的使用功能范围扩大.由于安装粘弹性阻尼器的消能减震结构的某些特殊性以及目前研究还不完善,进行优化设计十分必要,该文将对优化设计的内容和方法进行初步探讨.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1引言

1.2消能减震结构体系概述

1.2.1减振技术的发展

1.2.2 工程结构振动控制的分类

1.2.3消能减震体系与传统抗震体系的比较

1.2.4消能减震结构体系的减振机理

1.2.5消能减震阻尼器

1.3国内外研究现状

1.3.1国内外对粘弹性阻尼器的应用与研究实践

1.3.2国内外研究的发展趋势

1.4本文研究的主要内容和方法

第2章粘弹性阻尼器的力学性能

2.1.粘弹性阻尼材料

2.1.1粘弹性阻尼材料的动态力学性能

2.1.2粘弹性阻尼材料的构造

2.2粘弹性阻尼器

2.2.1粘弹性阻尼器的耗能机理

2.2.2粘弹性阻尼器的力学性能和特点

2.2.3粘弹性阻尼器的各种计算模型

第3章安装粘弹性阻尼器的高层建筑抗震设计

3.1设计原则和方法

3.1.1适用性和设防目标

3.1.2消能减震结构的性能标准

3.1.3消能减震建筑设计的基本要求

3.1.4消能减震结构的规范设计方法

3.2设计步骤

3.3结构体系能量设计方法

3.3.1地震能量反应方程

3.3.2消能减震体系的能量设计方法

3.4粘弹性阻尼器的设计

3.4.1阻尼器参数的设计

3.4.2阻尼器数量的确定

3.4.3阻尼器的布置

第4章安装粘弹性阻尼器的高层建筑动力反应

4.1高层建筑动力特性

4.1.1高层建筑结构的变形特点

4.1.2连续化高层建筑的振型与频率

4.1.3离散化高层建筑的振型和频率

4.1.4自振周期的折减和经验公式

4.2粘弹性阻尼器对结构动力特性的影响

第5章安装粘弹性阻尼器的高层建筑抗震性能

5.1计算模型的基本数据

5.1.1结构布置

5.1.2建模基本假定

5.1.3主要结构构件参数

5.1.4计算模型参数取值

5.1.5建模的基本要求

5.2结构动力特性分析

5.3高层钢结构地震反应分析

5.3.1地震波的选用

5.3.2模型方案

5.3.3粘弹性阻尼器选用和布置

5.3.4三种结构方案在多遇地震作用下地震动力响应

5.3.5三种结构方案在罕遇地震作用下地震动力响应

5.3.6粘弹性阻尼器滞回曲线

5.4减震效果分析

5.4.1粘弹性阻尼器耗能验算

5.4.2阻尼器减振效果分析

5.5安装粘弹性阻尼器的消能减震结构的优越性

5.5.1安全可靠、有效减震

5.5.2经济，节省工程造价

5.5.3使建筑结构设计不受太多限制

5.5.4适用范围广

5.5.5检测修复方便

第6章安装粘弹性阻尼器的结构优化设计

6.1优化设计的约束条件

6.1.1粘弹性阻尼器数目和参数的约束条件

6.1.2结构受控反应约束条件

6.2阻尼器优化设计的计算方法

6.3阻尼器安装位置的优化设计

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文