近场地震作用下粘滞阻尼器对高层结构抗震性能的影响分析

摘要

相对于常见的非近场地震激励而言，近场地震由于其长周期速度脉冲的作用，将会对结构产生较为强烈的速度和位移冲击，给城市带来的灾难也是非常惨重的，因此为了确保结构在近场地震作用下的稳定性，对结构体系也提出了更高的强度与变形要求，激励我们去提升结构整体的抗震性能。对结构在风荷载或地震荷载等激励下的动力响应进行控制可以有效地减轻结构在外部荷载激励下的动力反应和破坏，能有效地提高结构抵抗灾害的能力，减少灾害发生时的重大人员伤亡。作为被动控制中使用比较广泛的耗能减振技术无需外加能源，在强地震作用下，耗能减振装置率先进入非弹性状态，大量消耗输入结构体系的能量，使主体结构避免出现较大的非弹性变形，并且迅速降低结构的动力响应。耗能减振技术优良的性能使得它在实际工程应用领域倍受关注，目前已在很多国家推广使用。 液体粘滞阻尼器又以它优良、稳定、安装方便等性能在耗能减振技术领域里大显身手，目前已经在很多重点工程中推广使用，减振效果十分明显。本文以液体粘滞阻尼器为主要耗能减振装置，研究其耗能减振的机理和其在近场地震作用下对于复杂高层钢结构的减振效果。主要研究内容有： （1）首先详细介绍了近场地面运动特征以及近场地震设防现状，紧接着又详细阐述了时程分析输入地震波的选取和人工地震波的合成，通过对汶川地震波的处理详细介绍了地震波选取的流程，通过合成符合场地要求的人工波阐述了人工波的合成原理和过程。 （2）介绍了粘滞阻尼器的构造和力学模型，在实际应用中它可以简化为与速度、阻尼系数和速度指数α有关的Maxwell模型。分别从动力平衡和能量平衡的角度分析了设置粘滞阻尼器的结构的耗能原理。指出设置粘滞阻尼器后结构应该按照多自由度非线性体系来求解，给出了非线性时程分析的方法。 （3）分析了粘滞阻尼器的自身参数对减振效果的影响；给出了各种参数实际应用的确定方法；同时还分析了粘滞阻尼器的位置和数量对减振效果的影响。最后应用本文所阐述的设计方法对盘古大厦结构模型进行了被动控制仿真分析，进行了设置粘滞阻尼器前后的有控验算和无控验算对比，结果表明：对结构的地震响应控制效果良好，达到了预期的效果，由此也说明了粘滞阻尼器对于改善结构抗震性能的重要性。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1 引言

1.1 论文的研究背景

1.1.1 地震灾害概述

1.1.2 隔震和耗能减震技术研究的重要性

1.2 国内外课题研究的现状分析

1.2.1 地震中近场的定义

1.2.2 近场地面运动的特性

1.2.3 近场地面运动下结构响应的特点的初步认识

1.2.4 耗能减震技术的研究与应用

1.3 本文的主要研究内容

2 近场地面运动特征及输入地震波的选取

2.1 近场地面运动特征及近场地震设防现状分析

2.2 输入地震波的选取及人工合成地震波的研究

2.2.1 输入地震波选取的基本原则

2.2.2 人工合成地震波

2.3 本章小结

3 设置粘滞阻尼器结构进行抗震分析的基本原理

3.1 粘滞阻尼器的构造和力学模型

3.1.1 粘滞阻尼器的构造

3.1.2 粘滞阻尼器的力学模型

3.2 设置粘滞阻尼器结构体系分析的基本原理

3.2.1 设置粘滞阻尼器多自由度体系的动力平衡分析

3.2.2 设置粘滞阻尼器多自由度体系的能量平衡分析

3.2.3 非线性多自由度体系的动力方程求解

3.3 计算所用的高层结构-盘古大厦模型

3.3.1 结构模型的概况

3.3.2 有限元程序建模

3.4 本章小结

4 粘滞阻尼器应用于高层结构的设计综述

4.1 粘滞阻尼器对结构的影响

4.1.1 对结构质量的影响

4.1.2 对结构刚度的影响

4.1.3 对结构阻尼的影响

4.1.4 对结构地震响应的影响

4.2 粘滞阻尼器在结构中设置形式以及其支撑的分析

4.2.1 粘滞阻尼器的设置和连接形式

4.2.2 粘滞阻尼器连接支撑的分析

4.3 结构模型所用粘滞阻尼器参数的分析与确定

4.3.1 粘滞阻尼器的速度指数

4.3.2 粘滞阻尼器的阻尼指数

4.3.3 粘滞阻尼器的最大出力

4.3.4 粘滞阻尼器的最大行程

4.4 结构模型所用粘滞阻尼器位置和数量的分析

4.5 本章小结

5 盘古大厦(Morgan)结构模型耗能减振仿真分析

5.1 结构动力分析

5.1.1 结构动力特性

5.1.2 时程分析

5.2 时程分析结果及粘滞阻尼器的减震效果

5.2.1 层间位移转角

5.2.2 结构基底剪力及基底弯矩

5.2.3 结构模型顶点竖向加速度

5.2.4 结构模型顶点位移

5.2.5 粘滞阻尼器抗扭转作用

5.2.6 非结构系统的抗震性能分析

5.3 粘滞阻尼器给结构的附加阻尼比

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历