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网架结构的粘滞阻尼器减震分析
作&&&&者：
来&&&&源： 河北农业大学
摘&&&&要：
网架结构具有刚度大、自重轻、造型丰富美观、综合技术指标好等特点,是大跨度空间结构的主要结构形式之一。近年来,国内外学者对结构减震进行了较系统的研究并已应用于多高层结构,但将减震技术用于大跨网架结构研究较少,属于起步研究阶段。本文对大跨空间网架结构采用消能减震方法进行了研究,其中包括结构的消能减震计算模型和计算方法、模态分析、动力响应分析、阻尼器设置方案、阻尼器阻尼系数优化等。
利用粘滞流体阻尼器对空间网架结构进行减震控制,粘滞阻尼器的工作性态为非线性性质,而常规结构部分则在弹性阶段工作。因而,对带粘滞阻尼器的空间网架进行动力分析属于局部非线性问题。本文在算法上采用适用于局部非线性问题的“快速非线性分析(FNA)”方法求解,此方法有较高的计算效率和精度。
采用同时考虑下部支承结构和上部网架结构的整体协同工作模型,这更符合空间网架结构的实际工作状况。利用SAP2000有限元软件对结构进行建模,计算模型中网架部分采用空间杆系模型,下部支承结构采用空间梁柱模型,增加的阻尼器作为单独的阻尼单元计算。对常规结构部分进行模态分析,分析表明:网架结构动力特性复杂,自振振型大多以上部结构的竖向对称或反对称的振动和整体结构水平向振动为主,虽然在前十阶振型中出现了扭转振动,但由于阶数较大,对结构影响相对较小。
文中采用粘滞流体阻尼器作为附加消能杆件,分析比较了五种不同的阻尼器布置形式。通过分析计算给出了较优的阻尼器布置方式,得到了阻尼器应设置在阻尼器两端有较大相对位移和速度的位置的结论,这样能使阻尼器获得较大阻尼力,起到较大的耗能作用。
文中还就阻尼器的阻尼系数和阻尼器布置数量对结构减震效果的影响,以及不同频率特征地震波下结构的减震效果进行了分析,得到了有效减震的阻尼系数取值范围和较经济合理的阻尼器布置数量,这可以为工程设计人员提供很好的参考。不同的地震波激励,结构的响应可能相差较大,为了得到较准确的结果,需要采用多条地震波进行计算取其平均值。
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? Abstract5-9
? 1 引言9-14
1.1 本课题研究的意义9
1.2 结构被动控制理论简述9-11
1.3 被动控制在大跨空间结构中的研究及应用现状11-13
1.4 本文的研究目的和内容13-14
? 2 粘滞阻尼器的性能分析及计算模型14-21
2.1 粘滞阻尼器的分类及构造14-17
2.1.1 圆柱状筒式粘滞阻尼器14-15
2.1.2 粘滞阻尼墙15
2.1.3 液缸式粘滞阻尼器15-17
2.2 影响粘滞阻尼器性能的因素17-18
2.2.1 粘滞介质对阻尼器性能的影响17-18
2.2.2 温度对阻尼器性能的影响18
2.2.3 其他因素对阻尼器的影响18
2.3 粘滞阻尼器的计算模型18-21
? 3 耗能减震结构的抗震分析方法21-34
3.1 时程分析法21-22
3.2 新型模态叠加法22-30
3.2.1 待求解的方程23
3.2.2 将动力平衡方程转换为模态方程23-24
3.2.3 只由初始条件引起的响应24-25
3.2.4 任意荷载作用时的解25-29
3.2.5 生成依赖于荷载的里兹(LDR)向量29-30
3.3 快速非线性分析(FNA)法30-34
3.3.1 基本平衡方程30-31
3.3.2 非线性力的计算31
3.3.3 转换为模态坐标31-32
3.3.4 非线性模态方程的求解32-34
? 4 整体结构的模态分析34-39
4.1 网架的基本设计资料34-35
4.2 基本假定35
4.3 组合结构的阻尼计算35-36
4.4 整体结构的模态分析36-39
4.4.1 网架整体结构的振动周期与振型36-38
4.4.2 周边支承网架的自振频率和振型的特点38-39
? 5 阻尼器设置位置变化对网架结构减震效果影响39-56
5.1 地震波的选用及调整39-43
5.1.1 地震波的选用39
5.1.2 地震波的调整39-40
5.1.3 本文地震波的选用40-43
5.2 阻尼器在不同布置位置的减震效果比较43-54
5.2.1 网架的控制节点和杆件43
5.2.2 网架结构体系控制原理43-44
5.2.3 网架结构消能减震方案44-47
5.2.4 加阻尼器后网架的动力仿真分析47-54
5.3 本章小结54-56
? 6 不同因素对网架结构减震效果影响56-70
6.1 引言56
6.2 不同阻尼系数结构减震效果的对比56-63
6.3 阻尼器数量对结构减震效果的影响63-66
6.4 不同频率特征地震波下减震效果分析66-69
6.5 本章小结69-70
? 7 结论70-72
7.1 主要结论70-71
7.2 需要进一步研究的问题71-72
? 参考文献72-77
? 在读期间发表的学位论文77-78
? 作者简历78-79
? 致谢79-80
? 附件80-84
中国学术期刊网络出版总库[1] 魏锦涛;;;四川建筑科学研究;2006年02期[2] 张毅刚,梁海彤;;北京工业大学学报;2003年03期[3] 欧进萍,丁建华;;地震工程与工程振动;1999年04期[4] 吴波,李惠,陶全兴,郭安薪;;地震工程与工程振动;2000年01期[5] 范峰,沈世钊;;地震工程与工程振动;2000年01期[6] 王曙光,刘伟庆;;地震工程与工程振动;2001年03期[7] 瞿伟廉,徐幼麟;;地震工程与工程振动;2001年S1期[8] 欧进萍,吴斌,龙旭,王亚勇,薛彦涛,程懋堃,王志刚;;地震工程与工程振动;2001年S1期[9] 范峰,沈世钊;;地震工程与工程振动;2003年03期[10] 吴春秋,朱以文;;地震工程与工程振动;2003年04期
中国博士学位论文全文数据库[1] 郑久建;;中国建筑科学研究院;2003年[2] 朱礼敏;;中国建筑科学研究院;2007年
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粘滞阻尼器在结构抗震设计中的应用论文
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粘滞阻尼墙在高层混凝土框架结构中的减震控制研究
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粘滞阻尼器消能支撑结构减震性能分析
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粘滞阻尼减震结构设计
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《粘滞阻尼减震结构设计》系统地总结和阐述了粘滞阻尼减震的理论、方法、技术和工程应用的主要研究成果。主要内容包括粘滞阻尼减震结构的概念与原理、粘滞流体的类型与特性、粘滞阻尼器的类型和性能、粘滞阻尼器的恢复力模型、粘滞阻尼减震结构的特性、分析方法、设计方法和分析软件以及粘滞阻尼器的工程应用等。
《粘滞阻尼减震结构设计》可提供从事土木工程、防灾减灾工程及防护工程、工程力学、材料科学与工程、机械工程、航空航天工程研究、设计、制造和施工的工程技术人员参考。也可作为上述专业的研究生和高年级本科生的学习参考书。
周云，男，1965年9月生，云南人。1996年12月获哈尔滨建筑大学结构力学专业博士学位，1997年3月至2000年6月哈尔滨工业大学力学博士后流动站博士后，2001年12月破格晋升为教授。先后任广州大学土木工程学院副院长、院长，防灾减灾工程研究所所长，现任广州大学科技处处长、公共安全与防灾减灾研究中心主任。长期从事工程抗震与工程减震控制、城市公共安全与防灾减灾研究。先后主持完成国家自然科学基金等项目10余项，获省（部）级科技进步二、三等奖3项，市科技进步二、三等奖2项，在《土木工程学报》等学术刊物上发表学术论文90余篇，获国家新型实用专利6项，主编《建筑耗能减震技术规程》，参加《高层钢结构技术规程》等三个规范或规程的编写；在科学出版社等出版社出版《土木工程抗震设计》，《土木工程防灾减灾学》等教材和著作14本。兼任土木工程学会防灾减灾工程技术委员会副主任，高等学校土木工程专业教学指导委员会委员，国际结构控制协会中国分会、中国钢结构协会钢一混凝土组合结构协会等16个协会或专业委员会的常务委员或委员，《土木工程学报》、《地震工程与工程振动》等7个学术刊物编委。
粘滞阻尼减震结构的概念与原理1.1
结构减震控制的概念、原理与分类1.1.1
结构减震控制的基本概念1.1.2
结构减震控制的分类1.2
耗能减震的概念、原理与分类1.2.1
耗能减震的概念1.2.2
耗能减震的原理1.2.3
耗能减震装置的类型1.2.4
耗能减震装置设计的新思想1.2.5
耗能减震结构的优越性及应用范围1.3
粘滞阻尼减震的原理1.3.1
粘滞材料的耗能机理1.3.2
粘滞阻尼减震的基本原理1.4
粘滞阻尼器的发展概况及应用范围参考文献2
粘滞流体的类型与特性2.1
粘滞流体的类型与特征2.1.1
牛顿流体与非牛顿流体2.1.2
非时变性非牛顿流体和时变性非牛顿流体2.2
液压油的特性2.2.1
一般特性与凝固点2.2.2
粘温性2.2.3
有机硅油的特性2.3.1
粘度特性2.3.2
粘温性2.3.3
改性高分子材料（硅基胶）的特性2.4.1
粘度特性2.4.2
粘温性2.4.3
压缩性能参考文献3
粘滞阻尼器的类型与性能3.1
粘滞阻尼器的类型3.2
缸式粘滞阻尼器的性能3.2.1
双出杆式粘滞阻尼器的构造与原理3.2.2
双出杆式粘滞阻尼器的性能研究3.2.3
单出杆式粘滞阻尼器的构造与原理3.2.4
单出杆式粘滞阻尼器的性能研究3.3
粘滞阻尼墙的性能3.3.1
粘滞阻尼墙的构造与原理3.3.2
粘滞阻尼墙的性能试验研究3.3.3
粘滞阻尼墙的动力性能研究3.3.4
粘滞阻尼墙的旋转性能研究3.4
圆筒式粘滞阻尼器的性能3.4.1
圆筒式粘滞阻尼器结构构造与原理3.4.2
圆筒式粘滞阻尼器的性能研究3.5
粘胶阻尼器的性能3.6
人造橡胶弹簧阻尼器的性能3.7
粘滞阻尼器的质量要求参考文献4
粘滞阻尼器的恢复力模型4.1
线性模型4.2
Kelvin模型4.3
MaxweU模型4.4
Wiechert模型4.5
分数导数模型4.6
忽略介质压缩性的缸式粘滞阻尼器恢复力模型4.6.1
粘滞阻尼器的耗能原理4.6.2
孔隙式粘滞阻尼器的恢复力模型4.6.3
间隙式粘滞阻尼器恢复力模型4.7
考虑介质压缩性的粘滞阻尼器模型4.7.1
考虑液体压缩性的理论模型4.7.2
考虑流体压缩性的粘滞阻尼器的恢复力4.7.3
考虑动态刚度的粘滞阻尼器的阻尼简化理论4.8
粘滞阻尼器的等效线性化4.8.1
等效线性阻尼理论公式4.8.2
粘滞阻尼器的等效阻尼比4.8.3
考虑动态刚度的等效线性化阻尼模型4.9
粘滞阻尼器的耗能性能评价体系4.9.1
耗能性能评价指标概念和模型4.9.2
粘滞阻尼器的耗能性能评价分析4.9.3
粘滞阻尼器耗能能力的验证参考文献5
粘滞阻尼减震结构的性能试验研究5.1
设置缸式粘滞阻尼器结构性能试验研究5.1.1
1／4比例的三层钢框架模型5.1.2
1／3比例的三层钢筋混凝土框架模型5.1.3
方钢管钢筋混凝土框架模型5.1.4
三层钢框架缩尺模型5.2
设置粘滞阻尼墙结构性能试验研究5.2.1
1／3比例的三层钢筋混凝土框架模型5.2.2
1／10比例的四层钢筋混凝土框架模型5.2.3
1／2比例的三层钢筋混凝土框架模型5.3
考虑支撑影响的粘滞阻尼结构的性能试验研究参考文献6
粘滞阻尼减震结构的分析方法6.1
结构体系的分析模型6.1.1
传统抗震结构的分析模型6.1.2
耗能减震结构的分析模型6.2
弹性状态下减震结构的分析方法6.2.1
振型分解法6.2.2
复模态分析法6.2.3
考虑扭转耦联的振型分解法6.3
弹塑性状态下减震结构的分析方法6.3.1
时程分析法6.3.2
静力非线性分析法6.3.3
耦联阻尼减震结构弹塑性地震反应分析6.4
粘滞阻尼减震结构的能量分析法6.4.1
能量分析法的概念和原理6.4.2
能量反应方程的建立6.4.3
能量反应分析的研究参考文献7
粘滞阻尼减震结构的设计方法7.1
耗能减震结构的概念设计7.1.1
耗能减震结构概念设计的基本思路7.1.2
耗能减震结构的适用范围和设防目标7.1.3
耗能减震结构设计的基本要求和性能标准7.1.4
耗能器的选择、数量确定及布置原则7.2
常遇地震作用下耗能减震结构的设计验算7.3
罕遇地震作用下耗能减震结构的位移验算7.4
复模态设计法7.5
能量设计法7.5.1
基于能量和变形的破坏准则7.5.2
减震结构的能量设计方法7.6
减震结构的优化设计7.6.1
粘滞阻尼器的参数优化7.6.2
粘滞阻尼器的数量及布置优化7.7
耗能部件的连接与构造7.8
设计实例7.8.1
台北某钢结构设计7.8.2
洛杉矶某混凝土结构加固设计参考文献8
粘滞阻尼减震技术的应用8.1
粘滞阻尼器在民用建筑中的应用8.1.1
工程应用概况8.1.2
工程应用举例8.2
粘滞阻尼器在桥梁中的应用8.2.1
工程应用概况8.2.2
工程应用举例参考文献9
耗能减震结构分析软件简介9.1
耗能减震结构分析软件概述9.2
ETABS9.2.1
ETABS概述9.2.2
耗能减震单元在ETABS中的实现9.3
SAP20009.3.1
SAP2000概述9.3.2
耗能减震单元在SAP2000中的实现9.4
MIDAS9.4.1
MI.DAS概述9.4.2
耗能减震单元在MIDAS中的实现9.5
ANSYS9.5.1
ANSYS概述9.5.2
耗能减震单元在ANSYS中的实现参考文献附录A
Taylor公司液体粘滞阻尼器在建筑工程中的应用附录B
Taylor公司液体粘滞阻尼器在桥梁工程中的应用附录C
粘滞阻尼墙的部分工程应用（日本）附录D
英制与国际单位转换表
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