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运用TMD的巨型框架结构被动减震控制

作　者: 李疏影
导　师: 李正良
学　校: 重庆大学
专　业: 工程力学
关键词: 钢筋混凝土巨型框架结构地震反应特性时程分析法 TMD系统被动减震控制参数优化
分类号: TU352.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

巨型框架结构由几个大型结构单元所组成的主结构与其他结构单元组成的次结构共同工作,形成具有更大的整体稳定性和更高效能的高层建筑结构体系。巨型框架结构体系不但能保证结构的整体性和刚度,减少材料用量,充分发挥材料和结构的性能,简化构造,降低造价,也使得建筑设计的灵活性成为新的可能。随着巨型框架结构高度和体量的增加,其所承受的风荷载和水平地震作用必然增大,因此在建筑物中考虑减震控制措施是对未来高层,超高层巨型框架结构发展的必然要求。实践证明,TMD系统对于高耸建筑物抗风振控制是行之有效的;但是与风振相比,结构的地震响应控制要复杂的多,有必要做进一步的研究。本文在进行巨型结构初始设计方案(未采取任何减震措施)的基础上,设置TMD子系统,应用TMD系统控制原理,合理调节和匹配系统的刚度、阻尼及质量系统,利用子系统和主框架的动力相互作用,研究结构地震响应控制的可行性及其控制效果,主要研究内容如下:(1)对建筑结构地震反应分析方法进行归纳总结,为抗震巨型框架结构和减震巨型框架结构的地震反应特性分析提供理论基础。在过去几十年中结构抗震理论的发展,大体上可以划分为静力、反应谱和动力三个阶段。而时程分析法是动力理论的实用方法,本文在地震反应时程分析中,选用SAP2000有限元计算软件进行结构动力分析。(2)形成了结构初始方案,对结构进行了动力特性分析,进行了常规设计抗震分析,研究多维地震动输入下未施加TMD子系统的巨型结构的地震反应特性,作为控制效果的标准。(3)针对抗震巨型框架结构开展被动TMD减震控制优化设计,进行TMD参数优选,寻求最优减震效果及最优刚度、阻尼配置。为了避免TMD系统对较调谐振型低阶的结构振型的振型放大影响,且结构反应以一阶反应为主,所以TMD系统控制一阶X方向振型。且TMD的最佳位置在受控振型向量中元素绝对值最大者对应的质点处,即TMD系统应置于结构顶层。TMD与主体结构的模态质量比μ一般取在0.005～0.02之间,本文取上限0.02,TMD质量块重655KN。且由公式推导后可得最佳参数λ* j、δD*的取值,从而可求出TMD系统的最佳频率2.49和最佳阻尼比0.07。(4)确定结构受控模态后,建立结构—TMD系统有限元模型,进行了减震巨型框架结构时程分析。计算抗震巨型框架结构与减震巨型框架结构的对比减震控制效率。抗震巨型框架结构顶层位移峰值为29.47mm,减震巨型框架结构顶层位

全文目录

中文摘要  4-6
英文摘要  6-10
1 绪论  10-24
  1.1 现代高层和超高层建筑结构体系的发展趋势  10
  1.2 巨型结构的概念、特点及分类  10-11
  1.3 巨型框架结构的优越性  11-13
  1.4 巨型框架结构体系的形式  13-16
  1.5 巨型框架结构体系研究现状  16-17
  1.6 工程结构减震控制方法分类  17-21
    1.6.1 隔震技术  17-18
    1.6.2 消能减震技术  18-19
    1.6.3 吸能减震技术  19-21
  1.7 TMD 国内外研究及应用现状  21-22
  1.8 本文研究的内容  22-24
2 建筑结构地震反应方法  24-28
  2.1 静力理论阶段  24
  2.2 反应谱理论阶段  24
  2.3 动力理论阶段  24-25
  2.4 时程分析的功能和主要步骤  25-26
  2.5 时程分析方法简介  26-28
    2.5.1 动力有限元方法  26
    2.5.2 时域瞬态分析方法  26-28
3 抗震巨型框架结构方案设计及动力特性分析  28-38
  3.1 巨型框架结构方案选择  28-29
  3.2 结构动力特性分析  29-36
    3.2.1 模型简述  29-31
    3.2.2 模型的选择  31
    3.2.3 结构自振频率及振型  31-36
  3.3 本章小结  36-38
4 抗震巨型框架结构地震反应特性分析  38-45
  4.1 时程分析输入地震动的选取  38-39
  4.2 时程分析结果  39-43
  4.3 本章小结  43-45
5 巨型框架结构减震控制优化分析  45-61
  5.1 TMD 系统参数优化  45-50
    5.1.1 TMD 减震原理  45
    5.1.2 结构—TMD 系统运动微分方程  45
    5.1.3 结构—TMD 系统在地震作用下的响应  45-47
    5.1.4 TMD 系统抑制地震响应的参数优化设计理论  47
    5.1.5 TMD 系统在结构上的最佳位置  47-48
    5.1.6 TMD 系统的参数优化设计  48-49
    5.1.7 TMD 系统对非调谐结构振型反应的影响  49-50
  5.2 TMD－结构系统减震效果时程分析  50-60
    5.2.1 TMD 系统优化结果  50-54
    5.2.2 减震结构地震反应分析  54-58
    5.2.3 减震结构与抗震结构反应结果对比分析  58-60
  5.3 本章小结  60-61
6 结论与展望  61-63
  6.1 结论  61-62
  6.2 展望  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-67
附录  67-68
独创性声明  68
学位论文版权使用授权书  68

运用TMD的巨型框架结构被动减震控制

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