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基于能量的高层建筑分段隔震体系被动控制参数优化

作　者: 潘月月
导　师: 高剑平
学　校: 华东交通大学
专　业: 结构工程
关键词: 高层建筑转换层分段隔震刚体叠置能量参数优化
分类号: TU973.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,国内外高层建筑快速发展,向着体型复杂、功能多样的综合性方向发展。为了满足建筑功能布局的需要,常常需要设置一个或多个转换层,这类建筑已成为现代高层建筑发展的一大趋势。然而,带转换层的复杂高层建筑,由于竖向构件不连续,导致转换层附近易产生刚度、内力和传力路径突变,转换层上、下楼层的构件受力十分复杂,对抗震极为不利。尤其对于上、下结构体系和柱网轴线同时变换的转换,或多级复杂转换、高位转换,其转换结构设计十分困难。单纯依靠传统的体系和方法设计这类建筑,由于地震动的强随机性,结构安全隐患很大。即使幸免于倒塌,震后结构本身往往损伤严重,不仅造成重大经济损失和人员伤亡,并且修复极其困难。因此,寻求新的耐震结构体系以保证该类结构的安全不失为一条可行的解决途径。受中外著名古建筑优异的耐震性能的启发,本文提出了新型的分段隔震体系。该体系是在结构上、下体系转换和/或柱网轴线转换部位设置隔震层,同时结构下部采用基础隔震,隔震层可由铅芯橡胶支座和位移相关型阻尼器组成,形成多“刚体叠置”。本研究以随机振动理论和能量平衡原理为基础,建立了基于能量的参数优化方法,通过对算例进行多工况参数分析,获得了最优控制参数组合。通过能量分析,得出了隔震层滞回耗能占地震总输入能量的比值变化规律。具体结论如下:1、质量比不同时,随着质量比的增大,基础隔震层的位移方差最大值不断减小,而中间隔震层的位移方差最大值则始终保持在规定的隔震层位移限值附近,并且,中间隔震层的滞回耗能始终大于基础隔震层的滞回耗能。2、存在最优频率比使得隔震层滞回耗能占地震总输入能量的比值最大,并且最优频率比随质量比的增大而减小;随隔震层阻尼比的增大而减小;随隔震层屈服后刚度比的增大而增大。3、质量比的大小取决于中间隔震层的位置,当中间隔震层位于结构的中部附近时隔震层滞回耗能占地震总输入能量的比值最大。4、质量比较小时,结构主要通过频率比的变化来减震;随着质量比的增大,结构通过改变频率比和延长其自振周期来减震;当质量比增大至一定值时,结构完全通过延长其自振周期来减震。可见,质量比是影响分段隔震结构减震效果的重要参数,对于分段隔震结构的设计十分重要。5、在隔震层的质量比、频率比和屈服后刚度比一定时,隔震层的滞回耗能占地震总输入能量的比值随隔震层阻尼比的增大而减小;类似的,在隔震层的质量比、频率比和阻尼比一定时,隔震层的滞回耗能占地震总输入能量的比值随隔震层屈服后刚度比的增大而减小。6、地震总输入能量随质量比的增大而增大,随场地土的变软而增大。分段隔震结构设计中,应当慎重选择场地类型。

全文目录

摘要  4-6
abstract  6-10
主要符号说明  10-11
第一章绪论  11-19
  1.1 研究背景  11
  1.2 分段隔震体系的技术来源和基本原理  11-14
    1.2.1 中国古建筑隔震构建思想  11-12
    1.2.2 国外古建筑隔震构建思想  12-13
    1.2.3 分段隔震体系的基本原理  13-14
  1.3 国内外高层隔震技术研究现状  14-17
    1.3.1 基础隔震技术  14-15
    1.3.2 层间隔震技术  15-16
    1.3.3 基于能量的设计方法  16-17
  1.4 本文的主要研究内容和研究方案  17-19
    1.4.1 主要研究内容  17
    1.4.2 研究方案  17-19
第二章基于能量的高层建筑分段隔震体系被动控制参数优化方法研究  19-42
  2.1 引言  19
  2.2 基础隔震结构减震机理  19-22
    2.2.1 基础隔震结构动力分析模型  19-20
    2.2.2 基础隔震结构加速度反应分析  20-21
    2.2.3 基础隔震结构位移反应分析  21
    2.2.4 基础隔震结构减震效果分析  21-22
  2.3 TMD 系统减震机理  22-24
  2.4 层间隔震结构减震机理  24-27
    2.4.1 层间隔震结构动力模型和振动方程  25
    2.4.2 层间隔震结构隔震影响参数  25-27
  2.5 分段隔震结构动力分析模型  27-38
    2.5.1 分段隔震结构恢复力模型  27-32
    2.5.2 地震地面运动的平稳随机模型  32-36
    2.5.3 分段隔震结构动力分析模型和振动方程  36-38
  2.6 基于能量的参数优化方法  38-42
    2.6.1 能量分析方法  39
    2.6.2 能量平衡方程  39-41
    2.6.3 分段隔震结构参数优化的目标函数  41-42
第三章基于能量的高层建筑分段隔震体系参数优化算例分析  42-107
  3.1 分段隔震结构参数分析  42-106
    3.1.1 不同质量比下各参数的影响  44-91
    3.1.2 频率比最优时质量比的影响  91-99
    3.1.3 隔震层阻尼比的影响  99-102
    3.1.4 隔震层屈服后刚度比的影响  102-106
  3.2 小结  106-107
第四章结论及展望  107-109
  4.1 结论  107-108
  4.2 展望  108-109
主要参考文献  109-111
个人简历在读期间发表的学术论文  111-112
致谢  112

基于能量的高层建筑分段隔震体系被动控制参数优化

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