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框架结构粘滞阻尼器减震参数的快速设计

作　者: 况浩伟
导　师: 周立超; 白羽
学　校: 昆明理工大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 减震控制消能减震粘滞阻尼器反应谱等效阻尼比反应谱衰减因子
分类号: TU352.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

减震结构设计主要包含两个方面的内容,一是结构本身的设计,二是阻尼器的设计。通过等效阻尼比思想设计减震结构目前有两条思路：(1)当结构一定时(针对已建结构加固、对其结构有所限制和要求的新建结构),通过反复假定其阻尼比再验算来确定结构所需的附加阻尼比,最后等效为阻尼器。(2)当阻尼比一定时(针对部分新建结构),即在既定阻尼比下设结构,通过反复调整结构尺寸再验算来确定结构,最后把阻尼比等效为阻尼器。以上两种思路都存在一个共同的缺陷,即需要反复假定阻尼比或反复调整结构尺寸,这样不但会造成大量重复的计算,也会带来结果的不确定性。本文在思路(1)的基础上,运用反应谱分析理论,把需要假定的阻尼比改进为直接求解,形成了一套新的不需要多次重复验算的减震结构的设计方法——基于反应谱的阻尼比反解快速设计法。针对思路(2),因为调整结构尺寸达到预期目标往往是非常困难的,所以只需要调整结构尺寸至近似满足要求,再运用上述新方法进行设计,同样可以简化。为了求解结构需求阻尼比,本文借助FEMA273关于反应谱衰减因子的概念,结合我国《抗规2010》反应谱,研究了总阻尼比、反应谱衰减因子、结构基本周期和场地特征周期之间关系,并推导编制了可方便求解阻尼比的公式和表格。本文并没有局限于求解方法本身,通过深度剖析反应谱的实质,反应谱与层间位移角的关系,证明了反应谱衰减因子与结构层间位移角的线性比例关系,既而证明了方法的科学性和合理性。本文针对的是非线性粘滞阻尼器减震参数的设计,通过引入非线性粘滞阻尼器的等效阻尼比概念,可根据求得的需求阻尼比确定其阻尼器参数。最后通过工程算例,分别用反应谱法和弹性时程分析法对设计前后(原结构、附加阻尼比、两种等效方法设计的阻尼器)结构各反应量的比较,再次证明了此方法的合理性,但是在最后阻尼比等效过程中存在较大的误差,其阻尼比等效理论还有待改进和完善。除此之外,本文还重点阐述和解释了反应谱的概念,就一些非常容易被误解的反应谱相关概念提出了自己的理解和认识。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 引言  9-10
  1.2 结构减震控制  10-12
    1.2.1 结构减震控制的分类及简介  10-12
  1.3 结构消能减震  12-14
    1.3.1 结构消能减震的原理  12-13
    1.3.2 消能减震器的分类  13
    1.3.3 结构消能减震的研究及应用现状  13-14
  1.4 问题的提出  14-15
  1.5 本文主要研究内容  15-17
第2章粘滞阻尼器  17-32
  2.1 粘滞阻尼器的发展历程  17-18
  2.2 粘滞阻尼器的原理  18-19
  2.3 粘滞阻尼器的分类及简介  19-21
  2.4 粘滞阻尼器的恢复力模型  21-24
    2.4.1 Maxwell计算模型  22-23
    2.4.2 其它计算模型  23-24
      2.4.2.1 线性模型  23
      2.4.2.2 Kelvin模型  23-24
      2.4.2.3 Wiechert模型  24
      2.4.2.4 分数导数模型  24
  2.5 粘滞阻尼器的等效线性化与等效阻尼比  24-29
    2.5.1 粘滞阻尼器的等效线性化  24-26
    2.5.2 粘滞阻尼器的等效阻尼比  26-29
      2.5.2.1 线性粘滞阻尼器的等效阻尼比  26-28
      2.5.2.2 非线性粘滞阻尼器的等效阻尼比  28-29
  2.6 粘滞阻尼器在工程中的应用  29-32
第3章减震结构的分析方法  32-61
  3.1 反应谱分析法  33-53
    3.1.1 反应谱的概念  33-37
    3.1.2 单自由度结构的反应谱分析  37-43
    3.1.3 多自由度结构的反应谱分析  43-47
    3.1.4 考虑扭转耦联的反应谱分析  47-53
      3.1.4.1 扭转耦联的概念  48
      3.1.4.2 扭转理论分析  48-51
      3.1.4.3 考虑扭转耦联的反应谱分析  51-53
  3.2 时程分析法  53-61
    3.2.1 单自由度的时程分析  53-54
    3.2.2 多自由度的时程分析  54-56
    3.2.3 考虑扭转耦联的时程分析  56
    3.2.4 地震波的选择  56-61
      3.2.4.1 地震波分类及选取总则  57
      3.2.4.2 选取原则  57-58
      3.2.4.3 合成原理  58-61
第4章减震结构的设计方法综述  61-68
  4.1 设计方法概述  61-62
  4.2 基于反应谱的设计法  62-63
  4.3 基于时程分析的设计法  63-64
  4.4 性能优化法(Kasai法)  64-65
  4.5 基于能力谱的设计方法  65-66
  4.6 直接基于位移的设计方法  66-68
第5章粘滞阻尼器减震参数的快速设计  68-91
  5.1 阻尼比  68-69
  5.2 反应谱衰减因子  69-70
  5.3 基于我国抗规的反应谱衰减因子  70-74
  5.4 阻尼比的反解  74-77
  5.5 反应谱衰减因子的确定  77
  5.6 反应谱与结构以及结构各参数之间的关系  77-80
    5.6.1 结构层间位移角与等效单自由度的位移的关系  77-79
    5.6.2 规范反应谱与单自由度结构位移的关系  79-80
    5.6.3 衰减阻尼因子与规范反应谱的关系  80
    5.6.4 结构层间位移角与衰减阻尼因子的关系  80
  5.7 阻尼比等效求解阻尼器参数  80-86
    5.7.1 等效阻尼比方法一  81-83
    5.7.2 等效阻尼比方法二  83-85
    5.7.3 等效阻尼比方法三  85-86
    5.7.4 小结  86
  5.8 基于反应谱的阻尼比反解快速设计法  86-89
    5.8.1 基于反应谱的设计方法回顾  87-88
    5.8.2 基于反应谱的阻尼比反解设计流程  88-89
    5.8.3 基于反应谱的阻尼比反解设计的详细步骤  89
  5.9 本章小结  89-91
第6章工程算例  91-96
  6.1 算例一：某两层框架  91-94
  6.2 算例二：某五层框架  94-96
结论、问题与展望  96-98
致谢  98-99
参考文献  99-103

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