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高层建筑结构基于工程问题的被动耗能减振策略

马伯涛  
【摘要】: 高层建筑结构正向着高度更高、体型更大、材料更轻、结构更复杂的方向发展,地震或强风作用下,建筑结构的安全性和人居舒适性问题尤为突出。被动耗能减振控制技术是一种经济、有效、可靠、易实现的结构振动控制技术,能够有效抑制建筑结构的位移和加速度响应。将被动耗能减振控制技术用于建筑结构防灾减灾和提高人居舒适度,具有重要的学术价值和广阔的应用前景。 本文采用理论分析、试验研究和工程应用相结合的研究方法,重点研究了被动耗能减振技术的应用策略。将自主研发的两种新型被动耗能减振装置分别用于两个不同工程问题中,通过其实施过程及振动控制效果展示被动耗能减振策略,揭示各种被动耗能减振技术的特点和应用方法。具体研究内容如下: 首先,自主研发新型连梁阻尼器,给出具体构造和使用方法。该阻尼器对解决剪力墙结构连梁抗剪承载力不足、增强连梁中震下的可修复性和中震及大震作用下的延性及耗能能力有重要作用。对连梁阻尼器的选型和优化、参数等进行研究,给出连梁阻尼器的设计方法。 第二,对11个典型的连梁阻尼器试件进行伪静力试验研究,通过分析试件的力与位移关系、破坏模式、刚度稳定性、极限承载力和耗能能力等指标,揭示连梁阻尼器的最优设计参数和本构模型。 第三,建立附加连梁阻尼器结构的拟动力子结构试验模型,将连梁阻尼器作为试验子结构放到试验台进行试验,将结构其它部分作为数值子结构并编写动力学程序求解,实现数值子结构与试验子结构的联机试验。进行多工况地震作用试验,揭示连梁阻尼器在小、中、大震下对结构的贡献,及对结构“小震不坏,中震可修,大震不倒”三水准抗震设防的贡献。 第四,研究连梁阻尼器在联肢剪力墙结构中的应用方法和对实际结构的贡献。分别建立原结构和附加连梁阻尼器的ABAQUS/Explicit分析模型,进行地震作用下多工况的结构动力弹塑性分析,验证大震作用下连梁阻尼器对剪力墙结构增强阻尼策略的有效性,展示连梁阻尼器的使用方法。 第五,自主研发新型弯曲错动阻尼片,给出具体构造和使用方法。该阻尼片对增强长悬挑、大跨度等轻钢结构的阻尼,抑制其在强风或人行等激励下的振动有良好效果。对弯曲错动阻尼片进行机理分析,得出简化的本构模型和结构中的建模方法。进行弯曲错动阻尼片构件试验验证上述本构模型的正确性。进行环境温度相关性和激励频率相关性试验,揭示实际应用环境下弯曲错动阻尼片的工作性能。 第六,研究弯曲错动阻尼片在超高层建筑顶部的长悬挑空间构架结构中的应用方法和减振效果。研究弯曲错动阻尼片的简化有限元实现方法,在此基础上分别建立原结构(超高层建筑)和附加弯曲错动阻尼片结构的弹性时程分析模型。对结构进行十年一遇风荷载作用下结构风振时程分析,揭示弯曲错动阻尼片对长悬挑构架的减振效果及对提高风振作用下办公楼层人居舒适度的贡献。


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