大悬挑钢网架采用筒式粘弹性阻尼器的风振控制研究

论文摘要

本文阐述了筒式粘弹性阻尼器的动态力学性能、老化性能和疲劳性能的试验研究,并在此基础上,采用筒式粘弹性阻尼器对合肥奥体中心大悬挑钢网架工程进行了风振控制的理论研究和设计。该工程已建成,取得了很好的社会效益和经济效益。粘弹性材料具有应变滞后于应力的阻尼特性,由它构成的粘弹性阻尼器及消能支撑是一种基本上与速度相关的减振装置,可用于抗风振也可用于抗震。本文对筒式粘弹性阻尼器在不同环境温度、激励频率和应变幅值下的动力性能指标进行了试验研究。试验研究表明,筒式粘弹性阻尼器具有较为稳定的动力性能,耗能能力强,可用于建筑结构在风振或地震下的振动控制。本文还介绍了老化后粘弹性阻尼器的动态力学性能试验,试验结果表明它具有良好的老化性能。同时对筒式粘弹性阻尼器的疲劳性能进行了试验研究,试验结果表明在风振或地震下阻尼器具有较强的耐疲劳性能。众所周知,地震作用强度大、持时短,而风荷载强度相对较小、持时长。当阻尼器应用于建筑物的风振控制时,须考虑荷载循环次数的影响。本文通过试验,研究了滞回圈数对筒式粘弹性阻尼器动态力学性能的影响。本文研究了粘弹性阻尼器用于大悬挑钢网架结构中的风振控制理论和设计方法,对模态应变能法提出了修正,研究了阻尼器的合理布置、消能支撑的竖向控制力、阻尼器的设计和消能支撑的等效刚度和等效耗能因子等问题。最后结合合肥奥体中心综合体育馆大悬挑钢网架屋盖结构,对采用筒式粘弹性阻尼器的风振控制进行了研究。研究表明,在悬挑28.23m的钢网架屋盖中,设置筒式粘弹性阻尼器后能够耗散风振的输入能量,较明显地减小了风振的竖向位移反应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 粘弹性阻尼器的计算模型
• 1.2.2 粘弹性阻尼结构的分析方法
• 1.2.3 粘弹性阻尼器在风振控制中的应用
• 1.2.4 粘弹性阻尼器在地震控制中的应用
• 1.2.5 粘弹性阻尼器在大跨度屋盖结构风振控制中的应用
• 1.3 本文的主要内容
• 第二章 筒式粘弹性阻尼器动态力学性能和耐久性的试验研究
• 2.1 粘弹性材料
• 2.2 试件
• 2.3 试验装置
• 2.4 试验目的
• 2.5 试验方法
• 2.6 主要试验结果
• 2.7 试验结果分析
• 2.7.1 粘弹性阻尼器的动态力学性能指标
• 2.7.2 试验数据
• 2.7.3 结论
• 2.8 耐久性试验
• 2.8.1 老化性能试验
• 2.8.1.1 试验简介
• 2.8.1.2 老化粘弹性阻尼器的动态力学性能试验
• 2.8.1.3 筒式粘弹性阻尼器老化性能试验的主要结果与分析
• 2.8.1.4 筒式粘弹性阻尼器老化性能试验结论
• 2.8.2 疲劳性能试验
• 2.8.2.1 试验步骤
• 2.8.2.2 试验结果与分析
• 2.9 滞回圈数对筒式粘弹性阻尼器动态力学性能的影响
• 2.9.1 试验结果
• 2.9.2 试验分析
• 第三章 大悬挑钢网架中采用筒式粘弹性阻尼器的风振控制理论和设计方法
• 3.1 修正的模态应变能法
• 3.1.1 不考虑原结构的阻尼比
• 3.1.2 考虑原结构的阻尼比
• 3.2 筒式粘弹性阻尼器消能斜撑的竖向控制力
• 3.3 大悬挑钢网架风振控制的设计过程
• 3.4 粘弹性阻尼器的合理布置
• 3.5 筒式粘弹性阻尼器的设计
• 3.6 消能斜撑的等效刚度和等效耗能因子
• 第四章 合肥奥体中心大悬挑钢网架的风振分析
• 4.1 工程概况
• 4.2 结构分析要点
• 4.2.1 分析的简化和计算软件
• 4.2.2 构件单元类型的合理选择
• 4.2.3 风荷载的合理取值
• 4.3 风洞试验
• 4.3.1 模型
• 4.3.2 试验方法
• 4.3.3 重复性误差
• 4.3.4 风洞试验结果
• 4.4 风荷载的模拟
• 4.4.1 水平脉动风速谱
• 4.4.2 脉动风压自功率谱
• 4.4.3 大跨屋盖结构上的脉动风荷载空间相关性
• 4.4.4 谐波合成法模拟脉动风荷载
• 4.5 合肥奥体中心大悬挑钢网架的模态分析
• 4.6 合肥奥体中心大悬挑钢网架风振响应的主要结果
• 第五章 合肥奥体中心大悬挑钢网架采用筒式粘弹性阻尼器的风振控制设计
• 5.1 风振控制设计
• 5.2 受控结构的弹塑性风振响应分析的
• 5.2.1 受控结构的动力特性分析
• 5.2.2 结构消能减振设计的控制目标
• 5.2.3 结构消能减振分析的主要结果
• 5.3 结论
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者在攻读博士学位期间发表的论文
• 致谢