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基于摇摆墙体系的海洋平台被动控制抗震性能研究

作　者: 江志伟
导　师: 张纪刚
学　校: 青岛理工大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: 海洋平台振动控制摇摆墙刚度分布 ANSYS 粘弹性转角阻尼器调谐质量阻尼器（TMD）
分类号: TU352.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

海洋平台经常会受到波浪、风振、潮汐、冰激、地震等动力荷载的作用，为保证平台正常的生产、工作人员舒适的生活，对平台进行振动控制是有必要的。本文提出一种新型导管架式海洋平台-摇摆墙高性能结构体系，将大刚度摇摆墙附加在海洋平台上，并结合几种减振控制方法来进行海洋平台的被动控制研究。本文的主要研究内容如下：首先，对海洋平台摇摆墙体系进行了受力机理分析。从结构动力学基本原理出发，对结构体系进行受力分析，给出了运动方程的解析表达式；以自振频率为参考对象，分别利用解析表达式和ANSYS进行计算，对计算结果进行了对比分析。其次，对海洋平台摇摆墙体系的刚度和质量分布进行了研究。用弹性模量来衡量摇摆墙的刚度，计算了摇摆墙的刚度给体系自振频率带来的影响，并给出了刚度的优化解；在理想化状态下，计算了层间刚度对材料利用率的影响，结果表明较大的二层柱刚度能更好的利用材料，能更好地消耗能量；研究了摇摆墙的倾斜角度对海洋平台的影响，结果显示摇摆墙向建筑物一侧倾斜能更有利于提高结构的抗震性能。再次，在摇摆墙与地面连接的铰接点处设置粘弹性转角位移阻尼器进行被动耗能，并利用有限元软件ANSYS对加装了转角阻尼器的海洋平台-摇摆墙体系进行地震荷载下的时程分析，给出了粘弹性转角阻尼器的优化刚度和优化阻尼，结果表明这种转角阻尼器能有效减小体系的地震反应。最后，结合摇摆墙体系和调谐质量阻尼器（TMD）的特点，将两者一起应用到海洋平台上进行振动控制，利用摇摆墙消除平台的高阶模态，利用TMD进行控制体系的低阶模态，ANSYS的计算结果表明，在地震荷载下摇摆墙和TMD的结合能显著减小海洋平台的地震反应。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
第1章绪论  11-23
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 海洋平台结构振动控制国内外研究现状  12-20
    1.2.1 结构振动控制分类  12-13
    1.2.2 主动控制  13
    1.2.3 半主动控制  13-14
    1.2.4 被动控制  14-20
  1.3 摇摆墙结构体系国内外研究现状  20-21
  1.4 选题意义和课题来源  21-22
    1.4.1 选题意义  21-22
    1.4.2 课题来源  22
  1.5 主要研究内容  22-23
    1.5.1 海洋平台摇摆墙体系  22
    1.5.2 刚度和质量分布对平台体系的影响  22
    1.5.3 海洋平台-摇摆墙体系应用粘弹性转角阻尼器的抗震性能研究  22
    1.5.4 海洋平台-摇摆墙体系应用 TMD 的抗震性能及其优化  22-23
第2章海洋平台摇摆墙体系  23-33
  2.1 海洋平台－摇摆墙简化计算模型  23-24
  2.2 海洋平台摇摆墙体系的受力特点  24-32
    2.2.1 无摇摆墙海洋平台结构  24-26
    2.2.2 摇摆墙刚度无穷大  26-28
    2.2.3 摇摆墙刚度非无穷大  28-32
  2.3 小结  32-33
第3章刚度和质量对海洋平台摇摆墙体系的影响  33-45
  3.1 引言  33
  3.2 摇摆墙刚度对自振频率的影响  33-35
  3.3 层间刚度对整体抗震性能的影响  35-40
    3.3.1 耗能减震原理  35
    3.3.2 导管架式海洋平台滞回耗能的研究  35-40
  3.4 摇摆墙的倾角  40-44
    3.4.1 计算模型  40
    3.4.2 荷载工况  40-42
    3.4.3 计算结果  42-44
  3.5 小结  44-45
第4章海洋平台-摇摆墙体系粘弹性转角阻尼器的应用研究  45-55
  4.1 粘弹性转角阻尼器  45-47
  4.2 计算模型及参数  47-49
  4.3 计算结果  49-54
  4.4 小结  54-55
第5章基于摇摆墙-TMD 体系的海洋平台抗震性能研究  55-65
  5.1 质量调谐阻尼器  55-56
  5.2 海洋平台摇摆墙—TMD 体系计算模型  56-57
  5.3 计算结果  57-60
    5.3.1 计算参数  57-58
    5.3.2 计算结果  58-60
  5.4 优化参数计算结果对比  60-63
  5.5 抗震性能结果对比  63-64
  5.6 小结  64-65
第6章结论及展望  65-67
  6.1 结论  65-66
    6.1.1 海洋平台摇摆墙体系  65
    6.1.2 刚度和质量对海洋平台摇摆墙体系的影响  65
    6.1.3 海洋平台-摇摆墙体系粘弹性转角阻尼器的应用  65-66
    6.1.4 基于摇摆墙-TMD 体系的海洋平台抗震性能研究  66
  6.2 展望及建议  66-67
参考文献  67-72
攻读硕士学位期间发表的学术论文  72-73
致谢  73

基于摇摆墙体系的海洋平台被动控制抗震性能研究

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