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大底盘双塔楼连体高层建筑的耗能减震分析

作　者: 张江力
导　师: 杨佑发
学　校: 重庆大学
专　业: 土木工程
关键词: 大底盘双塔连体结构耗能减震参数分析时程分析静力弹塑性分析
分类号: TU973.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

大底盘双塔连体高层建筑是一种新兴的结构形式,属于复杂高层结构体系。由于连体的存在,此类结构具有较强的空间耦联作用,使其动力特性和破坏形式异于普通单塔高层建筑,因此,其抗震设计成为结构工程师面临的一个难题。本文在研究了大底盘双塔连体高层建筑的静、动力特性及其地震破坏特点的基础上,在此类结构中引入了耗能减震技术,对其地震响应的控制作了一些有益的尝试和探索,主要内容如下:①系统阐述了大底盘双塔连体高层建筑的工程应用情况、研究现状及震害特点,并进一步介绍了振动控制技术在此类结构中的应用及研究进展。②讨论了采用黏滞阻尼器进行结构控制的相关问题:主要包括阻尼器的恢复力模型、阻尼器对结构的影响、阻尼器的安装方式、支撑设计及阻尼器参数的确定方法。③分别构造了双轴对称和单轴对称的大底盘双塔连体高层建筑两个算例,并根据结构受力和变形特点制定了减震策略,然后运用SAP2000进行三维有限元分析,探讨了两种类型大底盘双塔连体高层建筑的动力特性及所采用的减震措施对其动力特性的影响。④运用振型分解反应谱法对双轴对称和单轴对称大底盘双塔连体高层建筑及其减震结构的地震响应进行了分析,讨论了不同地震输入对两类结构地震响应的影响,并分析了连体与塔楼采用不同的连接方式对结构减震效果的影响。⑤分别对双轴对称和单轴对称大底盘双塔连体结构中的黏滞阻尼器的阻尼系数进行了参数分析,并选取出最优的阻尼系数。在此基础上,分别对减震前后的结构进行了多遇地震下的时程分析,通过对比分析了结构采用黏滞阻尼器的减震效果。⑥探讨了静力弹塑性分析的基本理论及其在耗能减震结构中的实现方法,讨论了减震结构等效阻尼比的计算方法。在此基础上对双轴对称和单轴对称大底盘双塔连体高层建筑进行了Pushover分析,研究了在X向大震下,在连体中设置跨层的巨型黏滞阻尼斜撑对结构塑性铰分布与变形性能的影响。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-10
1 绪论  10-22
  1.1 大底盘双塔楼连体结构概述  10-13
    1.1.1 大底盘双塔楼连体结构的工程应用、特点和研究现状  10-13
    1.1.2 大底盘双塔连体结构的震害特点  13
  1.2 耗能减震结构体系研究概述  13-20
    1.2.1 结构振动控制技术的发展概况  13-14
    1.2.2 耗能减震装置的类型  14-15
    1.2.3 常用耗能减震装置的性能  15-17
    1.2.4 耗能减震结构体系研究进展及工程应用  17-20
  1.3 双塔连体结构的耗能减震研究概述  20-21
  1.4 本文主要研究工作  21-22
2 黏滞阻尼器的力学性能  22-34
  2.1 引言  22
  2.2 黏滞阻尼器的恢复力模型  22-28
    2.2.1 线性模型  22-23
    2.2.2 Kelvin 模型  23-25
    2.2.3 Maxwell 模型  25-26
    2.2.4 Wiechert 模型  26-28
  2.3 安装黏滞阻尼器对结构产生的影响  28-29
    2.3.1 对结构质量的影响  28
    2.3.2 对结构刚度的影响  28
    2.3.3 对结构阻尼的影响  28-29
    2.3.4 对结构地震响应的影响  29
  2.4 结构中黏滞阻尼器的安装方式及其支撑的设计和分析  29-32
    2.4.1 黏滞阻尼器的安装方式  29-31
    2.4.2 黏滞阻尼器连接支撑的设计和分析  31-32
  2.5 黏滞阻尼器的参数及其确定  32-33
    2.5.1 速度指数  32
    2.5.2 阻尼系数  32-33
    2.5.3 最大出力  33
    2.5.4 最大行程  33
  2.6 本章小结  33-34
3 大底盘双塔楼连体耗能减震结构动力特性分析  34-52
  3.1 引言  34
  3.2 计算方法  34-35
    3.2.1 特征值问题及其计算方法  34-35
    3.2.2 振型数的选取原则和方法  35
  3.3 工程算例及其动力特性分析  35-51
    3.3.1 工程概况  35-37
    3.3.2 减震策略及阻尼器选择与布置  37-38
    3.3.3 有限元模型  38-39
    3.3.4 双轴对称结构的动力特性分析  39-45
    3.3.5 单轴对称结构的动力特性分析  45-51
  3.4 本章小结  51-52
4 大底盘双塔楼连体耗能减震结构地震响应分析  52-80
  4.1 引言  52
  4.2 振型分解反应谱法  52-54
    4.2.1 黏滞阻尼器的等效线性化  52-53
    4.2.2 大底盘双塔楼连体耗能减震结构振型分解法  53-54
    4.2.3 反应谱与地震效应计算  54
  4.3 双轴对称大底盘双塔连体耗能减震结构地震反应分析  54-66
    4.3.1 连体两端刚接时双轴对称结构的地震反应分析  58
    4.3.2 连体两端铰接时双轴对称结构的地震反应分析  58-61
    4.3.3 连体一端铰接一端刚接时双轴对称结构的地震反应分析  61-63
    4.3.4 三种连接方式下双轴对称结构的减震效果对比分析  63-66
  4.4 单轴对称大底盘双塔连体耗能减震结构地震反应分析  66-78
    4.4.1 连体两端刚接时单轴对称结构的地震反应分析  67-69
    4.4.2 连体两端铰接时单轴对称结构的地震反应分析  69-72
    4.4.3 连体一端刚接一端铰接时单轴对称结构的地震反应分析  72-74
    4.4.4 三种连接方式下结构的减震效果对比分析  74-78
  4.5 本章小结  78-80
5 大底盘双塔楼连体耗能减震结构在多遇地震下的时程分析  80-96
  5.1 引言  80
  5.2 时程分析法理论  80-83
    5.2.1 地震波选取  80-82
    5.2.2 大底盘双塔楼连体耗能减震结构的分析模型  82
    5.2.3 分析方法简介  82-83
  5.3 双轴对称结构在多遇地震下的阻尼器参数分析及时程分析  83-89
    5.3.1 黏滞阻尼器阻尼系数的参数分析  83-86
    5.3.2 双轴对称结构在多遇地震下的时程分析  86-89
  5.4 单轴对称结构在多遇地震下的阻尼器参数分析及时程分析  89-95
    5.4.1 黏滞阻尼器阻尼系数的参数分析  89-91
    5.4.2 单轴对称结构在多遇地震下的时程分析  91-95
  5.5 本章小结  95-96
6 大底盘双塔连体耗能减震结构的弹塑性地震反应分析  96-124
  6.1 Pushover 分析方法的基本理论  96-101
    6.1.1 Pushover 分析的基本思路  96-97
    6.1.2 MDOF 向SDOF 的转化  97-98
    6.1.3 性能点的确定  98-99
    6.1.4 Pushover 分析的实施步骤  99-100
    6.1.5 Pushover 分析中塑性铰的定义与指定  100-101
  6.3 等效阻尼比的计算  101-108
    6.3.1 结构自身等效阻尼比的计算  101-104
    6.3.2 安装黏滞阻尼器后结构等效阻尼比计算  104-108
  6.4 双轴对称结构Pushover 分析  108-116
    6.4.1 算例模型  108
    6.4.2 塑性铰的定义  108-109
    6.4.3 侧向加载模式的选择  109-111
    6.4.4 结构等效阻尼比的计算  111-113
    6.4.5 计算结果及性能评价  113-116
  6.5 单轴对称结构Pushover 分析  116-123
    6.5.1 算例模型、塑性铰定义及侧向加载模式的选择  116-117
    6.5.2 结构等效阻尼比的计算  117-119
    6.5.3 计算结果及性能评价  119-123
  6.6 本章小结  123-124
7 结论与展望  124-128
  7.1 主要研究结论  124-125
  7.2 有待进一步研究的问题  125-128
致谢  128-130
参考文献  130-134
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  134

大底盘双塔楼连体高层建筑的耗能减震分析

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