新型滚动碰撞式调制质量阻尼器减振性能的试验研究

发布时间：2020-08-28 01:54

【摘要】：从当今社会的发展来看,对建筑结构进行抗震设计、抗震研究,无论是从人们的生命安全还是经济财产的角度来看,都具有非常重要的意义。众多振动控制方法中,结构被动控制技术因其构成简单、设置简便且不需要附加外部能量等特点成为振动控制中的热点研究方向,而耗能减振阻尼器是其中最具有应用前景的减振装置之一。本文所研究的新型滚动碰撞式调制质量阻尼器(PTRMD)是一种新型的耗能减震阻尼器,但与其他阻尼器一样,同样可应用于控制更多种类的振动工况。该装置基于滚球式调制质量阻尼器(TRMD)并引入了限位碰撞机制,既保持了传统调谐质量阻尼器(TMD)调谐减振的特点,又附加了碰撞阻尼器的碰撞耗能机制。本文通过试验研究的方法对PTRMD体系进行减振分析,主要研究内容包括以下几个方面:第一,PTRMD系统的减振性能分析:基于TRMD装置的研究现状制作出一套PTRMD体系试验模型,并利用地震模拟振动台对阻尼器体系进行自由振动、简谐激励及模拟地震波激励下的动力响应分析。试验中通过激光位移计和加速度传感器分别采集主体结构顶部的位移响应和加速度响应。研究发现,附加PTRMD的主体结构在不同工况下都能取得良好的减振效果(包括模型顶部的位移响应幅值、位移响应均方根、加速度响应幅值和加速度响应均方根等),其中响应均方根展现出来的减振控制效果最好。第二,PTRMD系统的参数分析;对PTRMD装置中振子质量比及碰撞壁间距这两个重要参数进行研究,分别设置了三个工况进行试验分析。研究表明,质量比较大及碰撞壁间距较大的装置在自由振动工况下具有更好的减振控制效果,这种参数的阻尼器装置较其他参数的而言在共振频率附近的简谐激励下同样具有更好振动控制效果,但其对外激励响应频率变化的影响较敏感;模拟地震波试验中发现,当阻尼器滚球振子的质量比在一定范围内变化时,随着质量比的增大,动力响应幅值的控制效果随之增长,而响应均方根值的控制效果则会降低;碰撞间距大的工况不论是幅值响应还是均方根响应的减振效果方面都表现的比间距较小的工况更好。第三,PTRMD与圆球碰撞阻尼器(BID)的对比试验分析;将两阻尼器的质量比及限位碰撞壁水平投影间距设置为相等,并分别进行不同工况下的振动台试验。试验得到:无论是自由振动、简谐激励还是模拟地震波的工况下,PTRMD展现出来的减振性能均高于BID,并且PTRMD体系对加速度的控制效果更加稳定。第四,利用SolidWorks对PTRMD体系进行运动仿真模拟,并与试验结果进行对比,得出其数值模拟的有效性。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU352.1
【图文】：

过去的几十年里，地震的破坏力一次又一次地呈现出来。位于震中及附近的一些城市和乡村，房屋倒塌、道路破坏、电信中断甚至不少学校和医院也成了废墟。而城市因人口密集、建筑物集中的特点，地震中建筑物的倒塌造成的次生灾害如火灾、爆炸、煤气和有毒气体的泄露以及放射物扩散等都能产生十分严重的后果。据相关资料显示，2010 年海地发生 7.3 级地震[1]，由于当地建筑物抗震设防能力较弱，地震造成了 40.31 万栋建筑结构遭受破坏，其中约 21.79 万栋受到轻微损伤还能够继续居住，约 10.45 万栋遭到严重破坏必须修建加固后才能继续使用，还有约 8.06 万栋建筑物被彻底地损坏。建筑物倒塌、公路断裂、通讯电缆被破坏严重危害了当地居民的生命安全并造成了巨大的经济损失；据统计，2008 年的汶川地震中[2,3]严重损坏的建筑物不少于 593.25 万间，完全破坏的建筑物约 546.19 万间，受影响的建筑物更是高达 1500 万间以上。其中，砖混结构房屋的倒塌现象十分严重，许多框架结构虽然本身破坏并不严重，但是建筑的装修破坏和建筑功能的中断也造成了不小的损失。因此越来越多的人们意识到抗震技术的提高已经刻不容缓。

图 1-2 结构振动控制的分类被动控制的发展振动控制的发展过程中，被动控制以其构成原理简单、成部能量等优点受到了研究者们更多的关注，至今仍是众点。被动控制技术的种类有很多，按其控制方式能将其分震体系、耗能减震体系和吸能减震体系。基础隔震是将控基底来控制地震能量往上部结构传递的减振方法。近年有：滚珠加钢板消能装置、叠层橡胶垫隔震装置、基底滑能减震是将控制装置设置成消能构件或阻尼器，地震发生引入消能装置并将能量耗散掉，从而减小主体结构在地减震体系主要有耗能支撑、消能剪力墙、摩擦阻尼器、金器等。吸能减震体系的控制装置设置成主体结构的附属结

更深入的研究。消能体系虽然能同时适用于高层和但其控制装置数量较多、安装复杂、成本较高。相比减震体系因其结构的构造更加简单，成本更加经济到了快速的发展。下面将主要阐述几种目前热点的其研究现状。量阻尼器的研究阻尼器体系通常能转化为由质量、弹簧、阻尼三个部-3。大多情况下 TMD 附加在建筑物顶部，主结构发体从主体结构吸收能量，弹簧会对主体结构施加反而阻尼器中的阻尼则起到耗散体系能量的作用。TM，将阻尼器的自振频率调至结构基频即可达到减振

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本文编号：2806922