新型消能伸臂体系减震性能的理论研究
发布时间：2021-01-20 21:12
随着世界经济的腾飞,各大城市用地趋于紧张,高层及超高层建筑在此环境下进入了蓬勃发展的时期,其中伸臂体系因其众多优点得到了广泛应用。然而传统伸臂体系仅通过加强层（伸臂）来增加结构体系刚度,以达到提高抗侧移能力的目的,并不能有效地改善地震作用下的结构安全问题。因此,近年来,消能伸臂体系得以提出,并得到了广大研究人员的认可。为完善消能伸臂体系的减震分析理论,本文主要从模型简化分析、参数优化、随机动力系统分析、功率流分析以及新型减震装置研究等问题入手,对其进行了详细的探讨,主要研究工作和成果如下:对比了分析分布参数体系的Laplace变换及逆变换法、数值装配法、有限元法,并以框架-剪力墙结构为例推导了该分布参数体系关于分布质量和分布刚度的正交条件;以有限元法计算值为基准论证了前两种方法的正确性。研究结果表明:Laplace变换及逆变换法和数值装配法所得的低阶频率误差较小,地震响应计算结果可接受,而两者主要区别在于频率方程的求解过程。利用数值装配法推导了悬臂梁体系、传统伸臂体系和消能伸臂体系的动力特性方程并研究了外柱刚度比、伸臂阻尼系数、伸臂位置及伸臂数目等参数对动力特性的影响。研究结果表明:数...
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：234 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
地震灾害Fig1-1Earthquakedisaster
在高层、超高层结构的发展中，出现了各种各样新型的、复杂的建筑结构形式，比如巨型结构体系[8]、框架-核心筒体系、带加强层框架-核心筒体系[9]等。起初，框架-筒体结构体系备受关注，然而在侧向荷载作用时，其侧移和核心筒底部弯矩过大，设计人员不得不考虑增加核心筒壁厚及框架截面尺寸，这使得该体系的经济性大打折扣。为缓解这个问题，Barkachi[10]最早提出采用加强层来提高结构抗侧刚度的概念，并在 1962 年运用到加拿大蒙特利尔的 47 层大楼上。这结构体系即是带加强层的框架-核心筒结构体系，在本文中，将其统称为伸臂体系，其中未安装消能装置或其他控制装置体系称为传统伸臂体系。该结构体系由于伸臂的作用，在减小结构的侧向变形方面表现突出[11][12]，其主要工作机理：当体系受到侧向荷载作用时，核心筒主要承担侧向荷载，此时核心筒的变形以弯曲为主，而这种弯曲变形将导致各伸臂产生转动；由于伸臂的转动将引起两侧外柱的拉伸和压缩（对于动荷载则交替进行），而伸臂受到外柱的牵制，将对核心筒产生抵抗弯矩作用，最终该结构体系在各构件的相互配合下共同抑制结构侧向荷载作用，从而减小结构变形。
图 1-4 结构振动控制分类Fig1-4 The classification of structural vibration control制制作为一种不需要外部输入能量的结构控制技术，以其构价低廉等优点引起了广泛关注，而且这种控制技术相对成较多的应用。该控制策略主要分为隔震、消能减振以及质[68]。指在上部结构与基础之间或者上部结构与下部结构之间能量向上输入，同时消耗部分能量，最终达到减小结构振置须具备三个特性：（1）具有较大的变形能力；（2）有一3）可以提供较大阻尼以及具备较大耗能能力。目前，该[69-73]，而且在实际工程中也接受了考验，如 1994 年美国995 日本兵库县阪神 7.2 级地震中，洛杉矶南加州大学的est 大厦的隔震性能均表现良好；又如 2013 年发生在四川
【参考文献】：
期刊论文
[1]消能减震伸臂桁架在超高层结构中的风振控制研究[J]. 鲁正,何向东,吕西林. 结构工程师. 2017(02)
[2]混合控制消能减震伸臂桁架上海中心抗震性能研究[J]. 周颖,李宏描,邢丽丽. 振动与冲击. 2016(21)
[3]黏滞阻尼伸臂桁架在超高层结构中的应用研究[J]. 丁洁民,王世玉,吴宏磊. 建筑结构学报. 2016(S1)
[4]带耗能减震层框架-核心筒结构的简化模型与减震机理研究[J]. 周云,林绍明. 工程力学. 2016(02)
[5]普通伸臂桁架与屈曲约束支撑型伸臂桁架最优布置方案分析[J]. 邢丽丽,周颖. 建筑结构学报. 2015(12)
[6]含集中参数弹性梁振动特性解析与实验识别[J]. 王壮,洪明,许俊臣,崔洪宇. 振动.测试与诊断. 2015(04)
[7]某带消能伸臂桁架超高层结构抗震性能分析[J]. 高伟,吴晓涵. 结构工程师. 2015(03)
[8]高层框架-剪力墙隔震结构地震响应研究[J]. 刘彦辉,谭平,周福霖,杜永峰,闫维明. 工程力学. 2015(03)
[9]带消能伸臂桁架超限框筒结构在长周期地震动作用下的反应分析[J]. 韩建平,孟岩. 世界地震工程. 2014(03)
[10]Dynamic characteristics of a novel damped outrigger system[J]. Tan Ping,Fang Chuangjie,Zhou Fulin. Earthquake Engineering and Engineering Vibration. 2014(02)
博士论文
[1]加强层对高层框—筒结构力学行为的影响研究[D]. 张杰.华中科技大学 2007
[2]带转换层型钢混凝土框架—核心筒混合结构试验与设计研究[D]. 薛彦涛.中国建筑科学研究院 2007
[3]随机结构与随机动力系统中的响应、分岔与混沌及其控制[D]. 吴存利.西北工业大学 2007
[4]橡胶隔震支座力学性能及隔震结构地震反应分析研究[D]. 刘文光.北京工业大学 2003
本文编号：2989794
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：234 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
地震灾害Fig1-1Earthquakedisaster
在高层、超高层结构的发展中，出现了各种各样新型的、复杂的建筑结构形式，比如巨型结构体系[8]、框架-核心筒体系、带加强层框架-核心筒体系[9]等。起初，框架-筒体结构体系备受关注，然而在侧向荷载作用时，其侧移和核心筒底部弯矩过大，设计人员不得不考虑增加核心筒壁厚及框架截面尺寸，这使得该体系的经济性大打折扣。为缓解这个问题，Barkachi[10]最早提出采用加强层来提高结构抗侧刚度的概念，并在 1962 年运用到加拿大蒙特利尔的 47 层大楼上。这结构体系即是带加强层的框架-核心筒结构体系，在本文中，将其统称为伸臂体系，其中未安装消能装置或其他控制装置体系称为传统伸臂体系。该结构体系由于伸臂的作用，在减小结构的侧向变形方面表现突出[11][12]，其主要工作机理：当体系受到侧向荷载作用时，核心筒主要承担侧向荷载，此时核心筒的变形以弯曲为主，而这种弯曲变形将导致各伸臂产生转动；由于伸臂的转动将引起两侧外柱的拉伸和压缩（对于动荷载则交替进行），而伸臂受到外柱的牵制，将对核心筒产生抵抗弯矩作用，最终该结构体系在各构件的相互配合下共同抑制结构侧向荷载作用，从而减小结构变形。
图 1-4 结构振动控制分类Fig1-4 The classification of structural vibration control制制作为一种不需要外部输入能量的结构控制技术，以其构价低廉等优点引起了广泛关注，而且这种控制技术相对成较多的应用。该控制策略主要分为隔震、消能减振以及质[68]。指在上部结构与基础之间或者上部结构与下部结构之间能量向上输入，同时消耗部分能量，最终达到减小结构振置须具备三个特性：（1）具有较大的变形能力；（2）有一3）可以提供较大阻尼以及具备较大耗能能力。目前，该[69-73]，而且在实际工程中也接受了考验，如 1994 年美国995 日本兵库县阪神 7.2 级地震中，洛杉矶南加州大学的est 大厦的隔震性能均表现良好；又如 2013 年发生在四川
【参考文献】：
期刊论文
[1]消能减震伸臂桁架在超高层结构中的风振控制研究[J]. 鲁正,何向东,吕西林. 结构工程师. 2017(02)
[2]混合控制消能减震伸臂桁架上海中心抗震性能研究[J]. 周颖,李宏描,邢丽丽. 振动与冲击. 2016(21)
[3]黏滞阻尼伸臂桁架在超高层结构中的应用研究[J]. 丁洁民,王世玉,吴宏磊. 建筑结构学报. 2016(S1)
[4]带耗能减震层框架-核心筒结构的简化模型与减震机理研究[J]. 周云,林绍明. 工程力学. 2016(02)
[5]普通伸臂桁架与屈曲约束支撑型伸臂桁架最优布置方案分析[J]. 邢丽丽,周颖. 建筑结构学报. 2015(12)
[6]含集中参数弹性梁振动特性解析与实验识别[J]. 王壮,洪明,许俊臣,崔洪宇. 振动.测试与诊断. 2015(04)
[7]某带消能伸臂桁架超高层结构抗震性能分析[J]. 高伟,吴晓涵. 结构工程师. 2015(03)
[8]高层框架-剪力墙隔震结构地震响应研究[J]. 刘彦辉,谭平,周福霖,杜永峰,闫维明. 工程力学. 2015(03)
[9]带消能伸臂桁架超限框筒结构在长周期地震动作用下的反应分析[J]. 韩建平,孟岩. 世界地震工程. 2014(03)
[10]Dynamic characteristics of a novel damped outrigger system[J]. Tan Ping,Fang Chuangjie,Zhou Fulin. Earthquake Engineering and Engineering Vibration. 2014(02)
博士论文
[1]加强层对高层框—筒结构力学行为的影响研究[D]. 张杰.华中科技大学 2007
[2]带转换层型钢混凝土框架—核心筒混合结构试验与设计研究[D]. 薛彦涛.中国建筑科学研究院 2007
[3]随机结构与随机动力系统中的响应、分岔与混沌及其控制[D]. 吴存利.西北工业大学 2007
[4]橡胶隔震支座力学性能及隔震结构地震反应分析研究[D]. 刘文光.北京工业大学 2003
本文编号：2989794
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