發(fā)布時間：2020-05-30 06:31

【摘要】：傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)是通過加強結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)的構(gòu)件、提高結(jié)構(gòu)的剛度、允許結(jié)構(gòu)在大震下進(jìn)入非線性來消耗地震能量,因此傳統(tǒng)的抗震設(shè)計僅依靠結(jié)構(gòu)自身抵御地震作用,在考慮經(jīng)濟(jì)性的同時,難以在遭遇超大烈度地震時確保結(jié)構(gòu)的安全性。消能減震技術(shù)通過在結(jié)構(gòu)中布置消能裝置(阻尼器),當(dāng)?shù)卣饋砼R時,依靠消能裝置的變形運動等形式來耗散地震能量,增大了結(jié)構(gòu)的阻尼比,進(jìn)而減少了傳遞到結(jié)構(gòu)主體構(gòu)件上的地震能量,提高了結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。雖然阻尼器類型眾多、性能各異,但是傳統(tǒng)的各類阻尼器一方面在小震時難以充分發(fā)揮耗能能力,另一方面遭遇極罕遇地震時易超出其設(shè)計指標(biāo)而失效,從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌破壞。因此,如何在確保阻尼器在各級地震作用下均能充分發(fā)揮耗能能力且性能不失效,是當(dāng)前消能減震技術(shù)領(lǐng)域面臨的重要科學(xué)問題。近年來,國內(nèi)外研究學(xué)者先后基于機械領(lǐng)域的杠桿機構(gòu)、齒輪齒條機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)等設(shè)計開發(fā)了多種阻尼器響應(yīng)放大裝置,使結(jié)構(gòu)處于小變形小速度時,阻尼器就可以充分發(fā)揮滯回耗能能力。但是,在罕遇甚至極罕遇地震作用下,阻尼器面臨著經(jīng)過各類放大裝置放大了的位移或速度超過其極限能力而過早失效的問題,使得阻尼器不僅不能發(fā)揮阻尼耗能的作用,更對結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生較大的安全隱患。綜上所述,本文設(shè)計了一種新型金屬阻尼器凸輪式響應(yīng)放大裝置(CRAD-MD,Cam Response Amplification Device of Metallic Dampers),在提高阻尼器的利用效率、放大阻尼效應(yīng)的基礎(chǔ)上,避免了其因位移超限導(dǎo)致阻尼器失效的問題。本文對提出的CRAD-MD進(jìn)行了理論計算公式推導(dǎo)、偽靜力試驗研究及數(shù)值仿真分析,并給出了相應(yīng)減震體系的抗震設(shè)計方法。主要研究內(nèi)容如下:1、CRAD-MD裝置開發(fā)及理論公式推導(dǎo):系統(tǒng)總結(jié)了國內(nèi)外金屬阻尼器和響應(yīng)放大裝置的研究現(xiàn)狀,針對消能減震體系在極罕遇地震作用下的抗震設(shè)防需求,改進(jìn)了現(xiàn)有放大裝置和耗能裝置存在的問題,設(shè)計研發(fā)了CRAD-MD,闡述了該裝置的工作機理,推導(dǎo)了該裝置的恢復(fù)力計算公式,給出了該裝置位移、速度和絲杠水平力的最大放大倍數(shù)計算公式。2、CRAD-MD偽靜力試驗研究:根據(jù)實驗室試驗條件,設(shè)計加工了該裝置的主體構(gòu)件及金屬阻尼器。采用兩種試驗方案,對CRAD-MD進(jìn)行了多工況的偽靜力試驗,采取不同的加載方式,通過改變加載幅值、加載頻率和加載速度等得到了CRAD-MD的滯回曲線,通過分析試驗結(jié)果揭示了該裝置的力學(xué)性能變化規(guī)律。3、CRAD-MD單自由度體系地震反應(yīng)分析:對單自由度無控體系(簡稱SDOF)、單自由度結(jié)構(gòu)安裝CRAD-MD體系(簡稱CRAD-MD單自由度體系)和單自由度結(jié)構(gòu)安裝傳統(tǒng)金屬阻尼器體系(簡稱MD單自由度體系)進(jìn)行了多條遠(yuǎn)場和近場地震作用下的地震反應(yīng)對比分析,主要包括控制效果分析、滯回曲線對比、耗散能量對比、反應(yīng)譜分析和基于相同位移的控制效果分析,驗證了CRAD-MD的有效性,并為該裝置的工程設(shè)計和抗震設(shè)計方法奠定了基礎(chǔ)。4、CRAD-MD消能減震體系抗震設(shè)計方法:理論推導(dǎo)了CRAD-MD滯回耗能的理論計算公式,利用能量守恒的定理,給出了CRAD-MD設(shè)計參數(shù)的確定方法,分析了其減震效果,提出了相應(yīng)減震體系的抗震設(shè)計方法,為CRAD-MD的工程應(yīng)用和相應(yīng)規(guī)范的編制提供了科學(xué)依據(jù)。
【圖文】：

金屬阻尼器凸輪式響應(yīng)放大裝置及消能減震體系的抗震性能研究提供的外加能源主要起到調(diào)節(jié)效能減震裝置的參數(shù)的作用，以保證裝置達(dá)到更好的控制效果。這三種控制中，主動控制的效果最好，但由于需要提供較大的、穩(wěn)定的外加能源，并且控置裝置精密復(fù)雜，計算機的算法限制等因素，因此其應(yīng)用程度較低。被動控制因其成熟的理論基礎(chǔ)和豐富的工程經(jīng)驗，是目前應(yīng)用范圍最廣的消能減震技術(shù)，，其常見的消能減震裝置為粘滯阻尼器、金屬阻尼器、鉛黏彈阻尼器、防屈曲支撐以及質(zhì)量調(diào)諧阻尼器等。圖 1-1 所示的是應(yīng)用于實際工程的被動控制阻尼器。

圖 1-2 扭轉(zhuǎn)型梁式阻尼器 圖 1-3 雙向扭轉(zhuǎn)型金屬阻尼器2、 剪切型阻尼器圖 1-4 錐形鋼棒阻尼器 圖 1-5 附加鋼棒阻尼器的隔震支座早在 1975 年，錐形鋼懸臂阻尼器就由 Tyler[11]設(shè)計開發(fā)出來, 鋼底板分別與錐形棒或錐形鋼板相連，構(gòu)造形式如圖 1-4 所示，該耗能器耗能能力主要取決于其高度和料特性。錐形鋼棒阻尼器可以在任何方向屈服提供阻尼和剛度來消耗地震能量，但是
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU352.11

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 賓帥;孫洪鑫;王修勇;禹見達(dá);楊國松;;超彈性SMA絲力學(xué)性能試驗及新型阻尼器設(shè)計[J];廣州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年05期

2 劉文光;董秀玲;何文福;楊巧榮;;位移放大型阻尼墻減震結(jié)構(gòu)的模型試驗與數(shù)值分析[J];振動工程學(xué)報;2015年04期

3 鄧開來;潘鵬;蘇宇坤;孫江波;錢稼茹;;開槽U型金屬屈服阻尼器橫向性能試驗研究[J];振動與沖擊;2015年12期

4 孫威;張鐵山;孟憲宏;;軟鋼棒體阻尼器耗能元件設(shè)計與性能分析[J];世界地震工程;2015年02期

5 項瀟瀟;劉文光;呂春財;何文福;;帶位移放大裝置新型阻尼墻結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析[J];結(jié)構(gòu)工程師;2014年06期

6 周云;林紹明;鄧雪松;吳從曉;張超;;設(shè)置懸臂肘節(jié)型黏滯阻尼器高層結(jié)構(gòu)的減震效果分析[J];工程抗震與加固改造;2014年02期

7 翁大根;楊凱;張超;;消能減震結(jié)構(gòu)附加金屬消能器的簡化設(shè)計方法[J];福州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年04期

8 劉茂社;盧俊龍;;薄壁U形金屬阻尼器剪切剛度計算分析[J];西安理工大學(xué)學(xué)報;2013年02期

9 邢百朋;左媛;劉平;;新型雙向扭轉(zhuǎn)型金屬阻尼器的理論研究[J];特種結(jié)構(gòu);2012年05期

10 汪志昊;陳政清;;高層建筑加強層粘滯阻尼系統(tǒng)的優(yōu)化分析[J];湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年09期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李鋼;新型金屬阻尼器減震結(jié)構(gòu)的試驗及理論研究[D];大連理工大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 付康;粘滯阻尼器凸輪式響應(yīng)放大限位裝置及剪切型隔震結(jié)構(gòu)抗震性能研究[D];廣州大學(xué);2018年

2 王健;開敞式阻尼器布置機構(gòu)理論與試驗研究[D];西安建筑科技大學(xué);2016年

3 賓帥;超彈性形狀記憶合金性能試驗與力學(xué)模型研究[D];湖南科技大學(xué);2015年

4 李宇陽;附加菱形消能體系結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法研究[D];長安大學(xué);2013年

本文編號：2687723