摩擦耗能支撑高层立体车库结构抗震性能研究

摘要

随着城市化进程的加快，居民汽车保有量不断增长，但是有限的停车设施导致车辆停放困难的矛盾日益突出。高层立体车库结构具有节省场地面积、空间利用率高、车辆存取方便的特点，已经成为缓解城市中心区域停车困难的首选方案。　　不同于普通钢框架结构，高层立体车库高宽比大，无刚性楼板，属于典型的“高柔”结构，在罕遇地震作用下容易产生较大的整体或局部变形，对结构安全构成重大威胁。因此，对高层立体车库结构在罕遇地震作用下的动力响应进行控制是十分必要的。摩擦阻尼器作为一种构造简单、耗能能力强、适用范围广泛的减震装置，其对“柔性”结构物的减震效果十分显著。因此，本文将摩擦耗能支撑引入高层立体车库结构中，以期有效控制结构的动力响应，改善结构的抗震性能。　　首先，通过ANSYS有限元软件建立了摩擦耗能支撑的精细化实体模型，分析了其在低周反复荷载作用下的滞回性能，并将其恢复力模型与弹塑性模型进行了对比，决定在结构动力时程分析中采用弹塑性模型对摩擦耗能支撑进行简化，以减少计算量。其次，建立了高层立体车库和摩擦耗能支撑高层立体车库的有限元模型。对结构进行模态分析后发现立体车库结构刚度较小，平面内约束不足，导致同层平面各节点变形不一致。在结构各层满布摩擦耗能支撑既不经济，还会导致罕遇地震下结构下部数层位移响应过大。　　随后，对比分析了不同摩擦耗能支撑布置方案对结构动力响应的控制效果，得到了一种较优的布置方案，即在结构第二层以上隔层布置摩擦耗能支撑，且顶部数层可不布置。在此基础上，分析了结构地震响应控制效果随支撑刚度和阻尼器摩擦力的变化规律，得到了14层立体车库结构中摩擦耗能支撑的优化参数取值。再对不同层数的摩擦耗能支撑结构进行了参数分析，验证了参数优化结果的通用性。　　最后，为改善结构的地震响应控制效果和提高阻尼器耗能能力，提出沿结构高度方向变化设置阻尼器摩擦力，分析了改进后的阻尼器摩擦力设置方法对不同层数的高层立体车库结构地震响应控制的有效性。并且从能量的角度分析了摩擦耗能支撑对高层立体车库结构的地震能量响应的控制效果。　　本文的相关研究成果为应用摩擦耗能支撑控制高层立体车库结构的地震响应提供了设计依据。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 高层立体车库研究概况

1.3 耗能减震控制研究概况

1.3.1 耗能阻尼器类别

1.3.2 摩擦耗能减震技术研究概况

1.4 高层立体车库结构

1.4.1 高层立体车库结构形式

1.4.2 高层立体车库平面布置方式

1.4.3 高层立体车库结构特点

1.5 本文研究内容

第 2 章 摩擦耗能支撑的响应控制原理及滞回性能

2.1 引言

2.2 摩擦耗能支撑设计

2.2.1 摩擦耗能支撑的基本构造

2.2.2 摩擦阻尼器的恢复力模型

2.2.3 摩擦耗能支撑的计算模型

2.2.4 摩擦耗能支撑的结构响应控制原理

2.2.5 结构动力方程计算方法

2.3 摩擦耗能支撑的有限元分析

2.3.1 摩擦耗能支撑有限元模型

2.3.2 摩擦耗能支撑的滞回性能

2.4 本章小结

第 3 章 高层立体车库结构有限元模型及动力时程分析

3.1 引言

3.2 高层立体车库结构有限元模型

3.3 立体车库结构特力特性分析

3.4 地震波的选择与调幅

3.4.1 人工地震波生成

3.4.2 地震波调幅

3.5 摩擦耗能支撑高层立体车库结构的动力时程分析

3.5.1 摩擦耗能支撑的有限元简化模拟

3.5.2 结构抗震性能对比

3.6 本章小结

第 4 章 摩擦耗能支撑的布置方案及参数分析

4.1 引言

4.2 摩擦耗能支撑布置方案选择

4.2.1 立体车库结构抗震性能指标

4.2.2 摩擦耗能支撑布置方案

4.2.3 摩擦耗能支撑布置方案比较

4.3 摩擦耗能支撑参数分析

4.3.1 摩擦耗能支撑刚度的影响

4.3.2 阻尼器摩擦力的影响

4.4 不同层数的摩擦耗能支撑结构参数分析

4.4.1 结构有限元模型及抗震性能

4.4.2 摩擦耗能支撑刚度的影响

4.4.3 阻尼器摩擦力的影响

4.5 本章小结

第 5 章 阻尼器摩擦力分布优化

5.1 引言

5.2 变化设置阻尼器摩擦力方案优化

5.3 摩擦耗能支撑控制效果分析

5.3.1 顶点位移

5.3.2 层间位移

5.3.3 停车区剪切角

5.3.4 底部剪力

5.3.5 阻尼器耗能效果

5.4 摩擦耗能支撑高层立体车库结构地震能量响应分析

5.4.1 能量平衡方程的推导

5.4.2 各能量项求取方法与验证

5.4.3 不同层数立体车库结构能量响应分析

5.5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录