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某体育训练馆网架结构设计及减震控制研究

作　者: 祁娜
导　师: 朱军强
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: 网架结构设计及模态分析粘滞阻尼器减震控制
分类号: TU356
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

近年来随着我国物质文明与精神文明的不断提高，人们对建筑物大空间的要求也越来越高，所以大跨空间结构得到了大力发展，网架结构作为大跨空间结构中的一种重要形式由于其独特的优越性而被广泛的采用。网架结构设计不同于混凝土结构设计，它有其独特的设计理论方法及设计软件，本文在网架结构基本理论的基础上对一实际工程——某体育训练馆网架结构设计的过程及设计中遇见的问题进行探讨，以期对同类设计提供参考性意见。另外，网架结构在地震作用下易于发生严重的破坏，因此如何减小网架结构在地震作用下的破坏程度成为了人们研究的重点。本文以某实际工程为例进行网架结构的减震控制研究，重点对比研究粘滞阻尼器（被动控制）对网架结构的消能减震效果。本文首先进行了网架结构的基本理论研究，介绍了网架结构的分类、计算方法及其设计的一般原则。在掌握了基本理论的基础上进行某体育训练馆网架结构的设计，其中讨论了进行网架结构设计时软件的选择，重点介绍了设计软件MSTCAD；另外讨论了建模问题、荷载输入问题、支座选取等多方面问题。通过对设计过程中所遇问题的探讨，提出了进行网架结构设计的一些方法及应注意的问题。对设计好的体育训练馆中的网架结构进行模态分析，通过SAP2000有限元分析软件计算出结构基本自振周期、频率及振型质量参与系数，给出了前15阶振型图，对网架结构模态分析的结果进行了讨论，通过对模态分析结果的研究得出结构设计的合理性及了解网架结构自身特性，为对网架结构进行减震控制研究打下基础。介绍结构减震控制理论中的主动控制、被动控制及混合控制，其中重点介绍被动控制中的粘滞阻尼器：介绍了粘滞阻尼器的力学模型及减震原理，通过公式对比来说明结构在加入粘滞阻尼器前及加入粘滞阻尼器后在地震作用下地震反应的不同。分别研究了结构在中震及大震下加入粘滞阻尼器后的减震效果，重点讨论中震下粘滞阻尼器布置位置的不同、阻尼器布置数量的改变、阻尼器阻尼系数变化及阻尼器附设在杆件上与阻尼器替换杆件对结构减震效果的不同影响，最后选用减震效果较好的方案对其进行罕遇地震作用下网架结构的减震分析。通过分析得出了粘滞阻尼器在网架结构中起到了良好的减震控制作用，可有效的降低网架结构的地震反应。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
1 绪论  10-18
  1.1 研究背景及论文选题意义  10-14
  1.2 大跨空间结构概述  14-15
    1.2.1 大跨空间结构概念  14
    1.2.2 大跨空间结构的由来与发展应用  14-15
  1.3 本文拟主要研究内容及方法  15-18
2 网架结构理论概述  18-26
  2.1 网架结构概述  18-23
    2.1.1 网架结构的优点  18
    2.1.2 网架结构的形式  18-19
    2.1.3 网架结构形式的选择  19-22
    2.1.4 我国首次采用各种形式网架的工程实例  22-23
  2.2 网架结构设计的一般原则  23-25
    2.2.1 网架的高跨比、格跨比  23
    2.2.2 网架悬臂长度与水平支撑  23
    2.2.3 网架自重估算和挠度限值  23-24
    2.2.4 网架结构计算方法  24-25
  2.3 本章小结  25-26
3 某体育中心训练馆网架结构设计及模态分析  26-44
  3.1 工程概况及网架选型  26-27
  3.2 网架设计  27
  3.3 分析设计程序选择  27-28
  3.4 网架杆件设计  28-29
  3.5 节点设计  29-30
  3.6 计算结果分析与设计  30-33
  3.7 网架结构设计过程中若干问题的探讨  33-37
  3.8 网架结构模态分析  37-43
    3.8.1 结构分析软件选择  37
    3.8.2 模态分析的计算方法  37-38
    3.8.3 网架结构前 15 阶振型图、自振周期、频率及振型质量参与系数  38-43
  3.9 本章小结  43-44
4 网架结构减震控制理论  44-54
  4.1 研究背景  44-45
  4.2 结构实行消能减震控制的优越性  45-46
  4.3 结构振动控制理论研究  46-48
  4.4 粘滞阻尼器的计算模型及减震原理  48-53
    4.4.1 粘滞阻尼器的分类及基本构造  49-50
    4.4.2 粘滞阻尼器的基本力学模型  50-52
    4.4.3 加入粘滞阻尼器后结构的分析方法  52-53
  4.5 影响阻尼器的性能因素  53
  4.6 本章小结  53-54
5 网架结构中设置粘滞阻尼器后的减震效果研究  54-84
  5.1 地震波的选用和调整  54-56
    5.1.1 地震波的选用  54
    5.1.2 地震波在 SAP2000 中的实现  54-56
  5.2 在不同位置设置阻尼器后的减震效果  56-67
  5.3 不同因素对加入阻尼器后的减震效果的影响  67-73
    5.3.1 阻尼器布置数量对结构减震效果的影响  67-70
    5.3.2 阻尼器阻尼系数变化对结构减震效果的影响  70-71
    5.3.3 阻尼器附设在杆件上与阻尼器替换杆件对结构减震效果的影响  71-73
  5.4 该体育训练馆在罕遇地震作用下的动力弹塑性分析  73-82
    5.4.1 弹塑性地震反应分析表达式  73-74
    5.4.2 SAP2000 非线性类型及弹塑性分析方法  74-75
    5.4.3 直接积分方法  75-76
    5.4.4 弹塑性性能定义及分析结果  76-81
    5.4.5 结构在罕遇地震作用下的减震效果分析  81-82
    5.4.6 结构在多遇地震与罕遇地震作用下加入粘滞阻尼器减震效果对比  82
  5.5 本章小结  82-84
6 结论和展望  84-87
  6.1 本文的主要研究结论  84-85
  6.2 展望  85-87
致谢  87-88
参考文献  88-91
附录硕士研究生学习阶段发表论文  91

某体育训练馆网架结构设计及减震控制研究

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