本文關(guān)鍵詞：基于粉土液化的屋頂花園減震性能研究

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【摘要】：結(jié)構(gòu)振動控制的概念自提出以來,取得了大量的研究成果,現(xiàn)已成為結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域的熱點課題之一。采用各種阻尼裝置來控制結(jié)構(gòu)的振動反應(yīng)是一種典型的被動控制方法。由于其具有裝置簡單、安裝方便、減振效果好等優(yōu)點,在實際結(jié)構(gòu)振動控制中得到廣泛的應(yīng)用。屋頂花園在改善城市居住環(huán)境方面具有重要作用,同時也蘊含有較好的減震價值�；诙喾N阻尼器的研究結(jié)果,結(jié)合屋頂花園與粉土震動液化現(xiàn)象,本文提出一種能夠應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)的混合型消能減震阻尼裝置。本裝置充分利用了粉土震動液化現(xiàn)象,綜合了調(diào)諧液體阻尼器、調(diào)諧質(zhì)量阻尼器、粘滯阻尼器和顆粒阻尼器的減振原理。在樓層頂部增加由飽和砂土或粉土、質(zhì)量塊(如圓球狀卵石)和植被組成的子結(jié)構(gòu),發(fā)生液化時粉土不再具有抗剪強度,呈流動狀態(tài),能夠推動土中的物體一起運動,呈現(xiàn)出較好的耗能減震潛力。本裝置克服了常見阻尼器減震原理單一、魯棒性差等缺點,兼具減震效果好、造價低廉、維護費用低、綠色環(huán)保等優(yōu)勢,能夠?qū)崿F(xiàn)建筑美觀和結(jié)構(gòu)抗震的有益結(jié)合。首先,本文介紹了該混合型消能減震裝置的主要組成以及調(diào)諧類減震裝置的減震規(guī)律,并提出將粉土減震裝置與屋頂花園結(jié)合起來的思路。其次,通過土工試驗確定了所用土料的種類,并測定了所制備土樣的飽和度;通過小型振動臺試驗,分析了粉土振動液化的現(xiàn)象和基本規(guī)律。隨后,采用大型振動臺試驗,測試了裝置的減震效果,并對試驗結(jié)果進行了分析。最后,采用ANSYS軟件并結(jié)合Housner集中質(zhì)量簡化法,模擬計算了相同條件下的TLD減震效果,將試驗裝置的減震效果與TLD進行了對比;采用流-固耦合的方法對水土混合物的振動模態(tài)進行了分析,得到了裝置的基本振動頻率。通過研究,本文得到以下結(jié)論:(1)通過增加外激勵正弦波的加速度幅值和頻率,飽和粉土能夠產(chǎn)生震動液化現(xiàn)象,幅值和頻率不同,粉土產(chǎn)生充分液化所需時間也不相同。(2)在水平單向激勵下,混合型消能減震阻尼裝置具有一定的減震效果:正弦波作用下,當激勵頻率接近裝置中液化粉土晃動頻率時,減震效果較好;El Centro波與Taft波作用下,裝置均有較好的減震效果。(3)減震裝置中增加鐵球能夠提高裝置的減震效果。在正弦波和地震波作用下,裝置中加入鐵球后,相應(yīng)的減震率均有增大現(xiàn)象。(4)通過對比TLD模擬結(jié)果與粉土減震裝置試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),相同條件下的TLD對結(jié)構(gòu)沒有減震效果,說明裝置的減震原理與TLD有很大不同,粉土減震裝置能夠提供較大的阻尼作用。(5)采用有限元模擬的方法計算了液化粉土的基本振動頻率,結(jié)果與液體晃動頻率理論計算值比較接近,說明采用流-固耦合的方法計算液體晃動頻率是正確的,從而也提供了一種模擬計算容器中液體晃動頻率的方法。本文的創(chuàng)新點(1)本課題逆向考慮了土體振動液化的不利影響,把工程界普遍認為有害的粉土液化現(xiàn)象應(yīng)用到阻尼器的研發(fā)中,具有一定的創(chuàng)新性。(2)所研究的阻尼器是一種混合消能減震裝置,綜合了多種阻尼器的工作原理,克服了單一阻尼器應(yīng)用條件受限和魯棒性差等缺點。(3)所研究的阻尼裝置構(gòu)造簡單,可與目前比較流行的樓頂花園融為一體,并且兼具造價低、天然環(huán)保、易于施工等優(yōu)點。
【關(guān)鍵詞】：混合型減震裝置 粉土液化 減震率 集中質(zhì)量簡化法
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU435
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-13
• 1 緒論13-27
• 1.1 研究背景13-17
• 1.1.1 引言13-14
• 1.1.2 結(jié)構(gòu)振動控制介紹14-17
• 1.2 常見阻尼器減震原理及研究概況17-21
• 1.2.1 調(diào)諧質(zhì)量阻尼器TMD17-19
• 1.2.2 調(diào)諧液體阻尼器TLD19-20
• 1.2.3 粘滯阻尼器20-21
• 1.2.4 顆粒阻尼器21
• 1.3 土體振動液化研究概況21-24
• 1.3.1 砂土振動液化研究概況21-23
• 1.3.2 飽和粉土液化研究概況23-24
• 1.4 論文課題來源24-25
• 1.5 論文主要進行的工作25-27
• 2 混合型消能減震裝置的設(shè)計及相關(guān)減震理論27-35
• 2.1 混合型消能減震裝置的設(shè)計27-28
• 2.1.1 減震裝置組成介紹27
• 2.1.2 減震機理27-28
• 2.1.3 減震裝置的優(yōu)勢28
• 2.2 屋頂花園28-30
• 2.2.1 屋頂花園的價值28-29
• 2.2.2 屋頂花園的減震應(yīng)用29-30
• 2.3 調(diào)諧類阻尼器減震原理30-34
• 2.3.1 無阻尼子結(jié)構(gòu)的調(diào)諧減振控制31-33
• 2.3.2 有阻尼子結(jié)構(gòu)的調(diào)諧減振控制33-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 3 粉土土工試驗與小型振動臺試驗35-45
• 3.1 粉土的定義與分類35
• 3.2 粉土的土工試驗35-38
• 3.2.1 顆粒分析試驗36
• 3.2.2 界限含水量試驗36-38
• 3.3 飽和粉土液化的小型振動臺試驗38-44
• 3.3.1 液化土模型的制備39
• 3.3.2 箱體的制作39-41
• 3.3.3 小型振動臺資料41-42
• 3.3.4 試驗過程42
• 3.3.5 試驗結(jié)果及分析42-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 4 裝置減震性能的大型振動臺試驗45-69
• 4.1 地震模擬振動臺介紹45-47
• 4.1.1 地震模擬振動臺的種類45-47
• 4.1.2 試驗用振動臺介紹47
• 4.2 試驗方案47-53
• 4.2.1 試驗概況47-48
• 4.2.2 裝置設(shè)計與安裝48-49
• 4.2.3 測點布置49
• 4.2.4 試驗工況及順序49-51
• 4.2.5 試驗用地震波介紹51-53
• 4.3 試驗現(xiàn)象與結(jié)果分析53-57
• 4.3.1 試驗現(xiàn)象53-54
• 4.3.2 試驗結(jié)果匯總54-56
• 4.3.3 模型的動力特性分析56-57
• 4.4 試驗結(jié)果曲線與規(guī)律分析57-68
• 4.4.1 粉土減震模型試驗結(jié)果57-62
• 4.4.2 粉土+球減震模型試驗結(jié)果62-66
• 4.4.3 鐵球減震作用對比分析66-67
• 4.4.4 試驗結(jié)果整體規(guī)律分析67-68
• 4.5 本章小結(jié)68-69
• 5 減震裝置模擬方法探討69-91
• 5.1 有限元分析理論69-75
• 5.1.1 有限單元法的基本分析步驟69-71
• 5.1.2 ANSYS有限元軟件簡介71-72
• 5.1.3 動力方程以及數(shù)值積分方法72-75
• 5.2 粉土減震試驗結(jié)果與TLD對比分析75-81
• 5.2.1 TLD集中質(zhì)量簡化法75-76
• 5.2.2 文獻算例模擬結(jié)果對比76-78
• 5.2.3 TLD模擬結(jié)果與試驗結(jié)果對比78-81
• 5.3 基于集中質(zhì)量簡化法的改進模擬方法81-84
• 5.4 液化粉土晃動狀態(tài)模擬84-89
• 5.4.1 流固耦合的基本概念84-85
• 5.4.2 耦合的實現(xiàn)與單元選取85-86
• 5.4.3 模型的建立86-87
• 5.4.4 液體晃動頻率與振型87-88
• 5.4.5 液體晃動頻率模擬值與理論值的比較88-89
• 5.5 本章小結(jié)89-91
• 6 結(jié)論與展望91-93
• 6.1 主要內(nèi)容及結(jié)論91-92
• 6.2 今后研究展望92-93
• 致謝93-95
• 參考文獻95-99
• 附錄99
• 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文99

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本文編號：528271