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基于性能的混合减震结构优化设计及抗震研究

毛轴  
【摘要】:随着社会的发展,人们生活水平的提高,地震给人类带来的损失越来越大,传统的抗震设计方法已不能满足人们的需求。在此背景下,消能减震技术应运而生,许多国家纷纷投入大量的资金对消能减震技术进行研究,并将研究成果写入本国的规范条文中,我国《建筑抗震设计规范》也增加了关于消能减震设计的章节,由此可见结构消能减震技术的应用将是大势所趋。本文针对L形偏心框架结构平面不规则问题,通过在外围框架设置屈曲约束支撑与粘滞阻尼器,采用串联刚片模型建立了偏心结构平扭耦联动力方程,运用有限元方法构建某国家工程实验室三维模型,研究了屈曲约束支撑与粘滞阻尼器混合减震方法对L形偏心框架结构的减震效果。本文研究的主要内容包括以下四个方面:(1)探讨了国内外众多学者在屈曲约束支撑和粘滞阻尼器方面的理论研究程度和实际应用水平,阐明了本文研究的目的及其带来的社会意义。对屈曲约束支撑的构造、内核单元刚度的计算及其优缺点进行简要说明;从类型、构造、恢复力模型三方面分析了粘滞阻尼器的基本特点。(2)研究了粘滞阻尼器、屈曲约束支撑在Midas Gen中的实现,探讨了屈曲约束支撑内核的本构关系及其有限元模型,并建模分析了内核单元不同宽厚比对屈曲约束支撑耗能能力的影响。(3)分别建立了6层、12层、20层框架结构计算模型,选择层间位移角限值作为优化布置的目标函数,运用逐层布置法,考虑单向地震作用,研究了粘滞阻尼器在框架结构中的优化布置策略。(4)以一幢十层国家工程实验室为例,针对其“L形”平面不规则的问题,首先探讨屈曲约束支撑在偏心结构中的优化布置,然后分析结构在无控、BRB减震、BRB与粘滞阻尼器混合减震三种情况下的动力反应,对结构的扭转周期比、扭转位移比、层间位移角、层剪力最大值四种性能指标进行对比研究。计算结果表明;屈曲约束支撑能较好地控制结构的扭转周期比、扭转位移比;而粘滞阻尼器能大幅度减小结构的层间位移角、层剪力最大值,减震效果明显。


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