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一种新型软钢阻尼器的研制及其在结构减震控制中的应用

作　者: 章平平
导　师: 左晓宝；孙巍巍
学　校: 南京理工大学
专　业: 结构工程
关键词: U型阻尼器力学计算模型参数分析试验减震分析
分类号: TU352.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

地震破坏影响巨大,研究工程结构减震控制具有非常重要的意义。在众多的结构减震控制方法中,结构振动控制因其具有显著的减震效果,在现代抗震建筑中具有广阔的应用前景。金属阻尼器因其简易性、经济性的优势在工程结构减震控制中应用最为广泛。本文针对地震作用下建筑结构的减震控制问题,开展了软钢阻尼器及其结构减震控制的实验与分析研究,主要的研究内容及结果如下：(1)提出一种新型U型软钢阻尼器。根据该阻尼器的工作原理以及受力特点,建立阻尼器元件、串联阻尼器以及并联阻尼器的力学计算公式。其中,串联阻尼器承载力计算与单个阻尼器有关,位移计算与阻尼器个数相关,并联阻尼器情况则正好与之相反。同时利用有限元软件验证了阻尼器元件计算公式的合理性。(2)利用ANSYS软件,通过控制阻尼器元件几何尺寸、材料性能等参数对U型阻尼器元件的力学性能进行研究。经过分析后获得各不同参数对U型阻尼器元件力学性能变化的影响趋势。参数分析结果为U型阻尼器的研制提供了设计依据。(3)研制一种U型阻尼器元件,并对该阻尼器元件进行力学性能试验及数值模拟研究。通过标准加载试验和疲劳加载试验获得了该阻尼器元件耗能能力。试验结果表明,该阻尼器元件滞回环饱满,有效阻尼比达到0.2。试验测试和数值模拟结果的对比表明,二者较为一致。(4)将U型阻尼器安装在8层钢框架结构中,运用ANSYS软件分析了U型阻尼器对该框架结构的地震响应的影响规律,结果表明,安装U型阻尼器后,结构在罕遇地震地震作用下平位移减小70%左右,具有明显的减震效果。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 引言  8-9
  1.2 结构振动控制分类  9-11
    1.2.1 被动控制  9
    1.2.2 主动控制  9-10
    1.2.3 半主动控制  10
    1.2.4 混合控制  10-11
    1.2.5 智能控制  11
  1.3 金属阻尼器研究现状  11-14
    1.3.1 金属阻尼器耗能原理  11
    1.3.2 金属阻尼器恢复力模型  11-12
    1.3.3 常用金属阻尼器  12-14
  1.4 本文主要研究的内容  14-16
    1.4.1 本文的研究内容  15-16
2 U型软钢阻尼器的设计及力学计算模型  16-25
  2.1 U型软钢阻尼器设计  16-18
    2.1.1 结构组成  16-17
    2.1.2 阻尼器元件工作机理  17-18
  2.2 U型软钢阻尼器元件力学计算模型  18-21
    2.2.1 屈服承载力和最大承载力  18-19
    2.2.2 屈服位移和极限位移  19-21
  2.3 U型阻尼器元件的理论公式验证  21-23
    2.3.1 U型阻尼器元件的主要参数  21-22
    2.3.2 有限元结果与理论结果比较  22-23
  2.4 串联、并联U型阻尼器理论计算公式  23-24
    2.4.1 串联U型阻尼器  23
    2.4.2 并联U型阻尼器  23-24
  2.5 本章小结  24-25
3 阻尼器元件参数分析  25-33
  3.1 参数分析  25-32
    3.1.1 阻尼器元件几何尺寸对工作性能的影响  25-31
    3.1.2 阻尼器元件材料影响  31-32
  3.2 本章小结  32-33
4 阻尼器元件的力学性能试验研究  33-47
  4.1 钢材的材料性能试验  33-35
    4.1.1 试件尺寸  33
    4.1.2 材料拉伸性能试验  33-34
    4.1.3 试验结果  34-35
  4.2 阻尼器元件试验  35-41
    4.2.1 试验目的  35-36
    4.2.2 试验加载仪器设备  36
    4.2.3 阻尼器元件试验模型及辅助夹具  36-38
    4.2.4 试验加载方案  38-39
    4.2.5 试验结果及分析  39-41
  4.3 U型阻尼器元件有限元仿真  41-44
    4.3.1 计算结构模型及荷载  41-42
    4.3.2 仿真计算结果  42-44
  4.4 试验结果与仿真结果比较分析  44-46
    4.4.1 试验结果与仿真结果对比  44-45
    4.4.2 试验结果与仿真结果分析  45-46
  4.5 本章小结  46-47
5 装有U型软钢阻尼器的结构减震分析  47-62
  5.1 耗能减震结构减震原理  47
  5.2 耗能阻尼器在结构中的使用  47-48
  5.3 结构计算模型  48-49
  5.4 钢框架结构模态分析  49-50
  5.5 地震波的选择  50-52
    5.5.1 地震波选择原则  50-51
    5.5.2 本文地震波选用  51-52
  5.6 装有U型软钢阻尼器的结构减震效果分析  52-61
    5.6.1 多遇地震作用下的结构减震效果分析  52-56
    5.6.2 罕遇地震作用下的结构减震效果分析  56-61
  5.7 本章小结  61-62
6 结论与展望  62-64
  6.1 本文研究工作总结  62
  6.2 展望  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
附录  68

一种新型软钢阻尼器的研制及其在结构减震控制中的应用

内容摘要

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