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粘弹性阻尼双塔连体高层钢结构抗震性能分析

作　者: 王秀华
导　师: 谭燕秋
学　校: 河北工程大学
专　业: 结构工程
关键词: 双塔连体结构 粘弹性阻尼器 高层建筑钢结构 时程分析 抗震性能
分类号: TU352.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


大底盘双塔连体结构是目前高层建筑结构设计所面临的一个新课题。本文结合国内外双塔连体高层钢结构的应用现状、双塔连体结构整体抗震性能研究较少的研究现状以及高层钢结构具有阻尼较小、耗能能力较小、对地震作用较为敏感等情况,提出本文的问题——提高双塔连体高层钢结构的整体抗震性能。提高结构的抗震性能,可以通过结构振动控制来实现。本文选用粘弹性阻尼器这样一种被动控制装置通过增大结构的阻尼来耗散地震能量,从而达到提高结构整体抗震性能的目的。本文采用有限元分析软件MIDAS/GEN,以某25层双塔连体高层建筑钢结构为基本研究对象建立结构的三维空间模型。根据结构的特点,对粘弹性阻尼器的布置采取三种不同位置的布置方案,然后分析四种结构方案的自振特性,并对四种结构进行多遇地震作用下弹性时程分析,最后比较分析阻尼器三种不同布置方案的自振特性和抗震效果,得出以下结论:⑴三种有控结构的自振周期均比无控结构的自振周期有较小幅度的减小,但变化不大,这说明粘弹性阻尼器对结构刚度的增加并不显著,它主要是通过增加结构的阻尼来增强结构的抗震能力。⑵在连体位置的斜撑上布置粘弹性阻尼器可以减小结构在高振型下的扭转效应,增加水平方向的运动。⑶粘弹性阻尼器对结构的地震反应有明显的抑制作用,使未控结构的最大层剪力、最大层位移等明显减少,且使顶层位移、速度和加速度时程曲线随时间变化呈缩减的趋势,这说明粘弹性阻尼器能够使结构的抗震性能大大的提高,从而使结构的安全有可靠的保障。⑷在塔楼内部布置以及在底盘和连体位置的支撑上同时布置阻尼器的两种方案均能减小X、Y向的地震反应,而仅在连体的斜撑上布置阻尼器只能起到对X向的控制作用。总的来说,对于双塔连体高层钢结构建筑来说,在结构中布置适当的粘弹性阻尼器,能显著提高建筑物的抗震性能,改善建筑的可居住性,使结构的安全有可靠的保障。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-24
  1.1 本文的研究背景和意义  11-12
  1.2 双塔连体高层建筑结构在国内外的应用现状  12-14
  1.3 双塔连体高层建筑结构在国内外的研究现状  14-19
    1.3.1 双塔连体高层建筑结构动力分析模型  14-17
    1.3.2 动力特性和地震响应的研究现状  17-19
    1.3.3 双塔及其连体结构的控制研究  19
  1.4 高层钢结构抗震设计的研究现状  19-21
    1.4.1 我国高层钢结构的发展现状  19-20
    1.4.2 高层钢结构的抗震设计  20-21
  1.5 粘弹性阻尼减震技术研究与应用的发展  21-22
  1.6 本文主要研究内容  22-24
第2章 粘弹性阻尼结构的减震原理与分析方法  24-37
  2.1 粘弹性阻尼器  24-27
    2.1.1 粘弹性阻尼器的耗能机理  24-25
    2.1.2 粘弹性阻尼器的力学性能及特点  25-26
    2.1.3 粘弹性阻尼器的计算模型  26
    2.1.4 粘弹性阻尼器的布置原则  26-27
  2.2 粘弹性阻尼结构的减震原理  27-28
  2.3 粘弹性阻尼结构的力学模型  28-31
    2.3.1 粘弹性阻尼结构的计算模型  28-29
    2.3.2 粘弹性阻尼结构的恢复力模型  29-31
  2.4 粘弹性阻尼结构的分析方法  31-36
    2.4.1 粘弹性阻尼结构的振型分解反应谱法  32
    2.4.2 粘弹性阻尼结构的时程分析法  32-36
  2.5 本章小结  36-37
第3章 有限元分析与结构模型建立  37-47
  3.1 有限单元法简介  37-40
    3.1.1 有限元法基本原理  37-38
    3.1.2 有限元分析基本步骤  38-40
  3.2 有限元分析软件MIDAS/GEN 概述  40-41
    3.2.1 MIDAS/GEN 软件的简介  40
    3.2.2 MIDAS/GEN 软件的特点  40-41
    3.2.3 MIDAS/GEN 软件对该类结构的适用性  41
  3.3 结构模型建立  41-46
    3.3.1 模型单元介绍  41-43
    3.3.2 结构模型的基本数据  43-46
  3.4 本章小结  46-47
第4章 粘弹性阻尼器下双塔连体高层钢结构动力特性分析  47-57
  4.1 模态分析  47-50
    4.1.1 基本理论  47-50
    4.1.2 动力学求解方法  50
  4.2 振型组合方法和振型数的选取  50-51
    4.2.1 振型组合方法  50-51
    4.2.2 振型数的选取  51
  4.3 结构动力特性分析  51-56
    4.3.1 结构的自振周期  52
    4.3.2 振型参与质量及振型参与质量比  52-54
    4.3.3 振型方向因子  54-56
  4.4 本章小结  56-57
第5章 粘弹性阻尼器下双塔连体高层钢结构时程分析  57-69
  5.1 结构模型方案  57
  5.2 时程分析过程  57-58
    5.2.1 地震波的选取  57-58
    5.2.2 地震波的输入  58
  5.3 时程分析结果  58-68
    5.3.1 最大层剪力  58-59
    5.3.2 最大层位移  59-61
    5.3.3 最大层间位移  61-62
    5.3.4 最大相对加速度  62-63
    5.3.5 地震响应时程曲线  63-68
  5.4 本章小结  68-69
结论与展望  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-74
作者简介  74
攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果  74-75

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 特种结构 > 抗震动结构、防灾结构 > 耐震、隔震、防爆结构 > 抗震结构
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