【摘要】：從當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展來看,對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)、抗震研究,無論是從人們的生命安全還是經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)的角度來看,都具有非常重要的意義。眾多振動(dòng)控制方法中,結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制技術(shù)因其構(gòu)成簡單、設(shè)置簡便且不需要附加外部能量等特點(diǎn)成為振動(dòng)控制中的熱點(diǎn)研究方向,而耗能減振阻尼器是其中最具有應(yīng)用前景的減振裝置之一。本文所研究的新型滾動(dòng)碰撞式調(diào)制質(zhì)量阻尼器(PTRMD)是一種新型的耗能減震阻尼器,但與其他阻尼器一樣,同樣可應(yīng)用于控制更多種類的振動(dòng)工況。該裝置基于滾球式調(diào)制質(zhì)量阻尼器(TRMD)并引入了限位碰撞機(jī)制,既保持了傳統(tǒng)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)調(diào)諧減振的特點(diǎn),又附加了碰撞阻尼器的碰撞耗能機(jī)制。本文通過試驗(yàn)研究的方法對PTRMD體系進(jìn)行減振分析,主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:第一,PTRMD系統(tǒng)的減振性能分析:基于TRMD裝置的研究現(xiàn)狀制作出一套PTRMD體系試驗(yàn)?zāi)Ｐ?并利用地震模擬振動(dòng)臺(tái)對阻尼器體系進(jìn)行自由振動(dòng)、簡諧激勵(lì)及模擬地震波激勵(lì)下的動(dòng)力響應(yīng)分析。試驗(yàn)中通過激光位移計(jì)和加速度傳感器分別采集主體結(jié)構(gòu)頂部的位移響應(yīng)和加速度響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn),附加PTRMD的主體結(jié)構(gòu)在不同工況下都能取得良好的減振效果(包括模型頂部的位移響應(yīng)幅值、位移響應(yīng)均方根、加速度響應(yīng)幅值和加速度響應(yīng)均方根等),其中響應(yīng)均方根展現(xiàn)出來的減振控制效果最好。第二,PTRMD系統(tǒng)的參數(shù)分析;對PTRMD裝置中振子質(zhì)量比及碰撞壁間距這兩個(gè)重要參數(shù)進(jìn)行研究,分別設(shè)置了三個(gè)工況進(jìn)行試驗(yàn)分析。研究表明,質(zhì)量比較大及碰撞壁間距較大的裝置在自由振動(dòng)工況下具有更好的減振控制效果,這種參數(shù)的阻尼器裝置較其他參數(shù)的而言在共振頻率附近的簡諧激勵(lì)下同樣具有更好振動(dòng)控制效果,但其對外激勵(lì)響應(yīng)頻率變化的影響較敏感;模擬地震波試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)阻尼器滾球振子的質(zhì)量比在一定范圍內(nèi)變化時(shí),隨著質(zhì)量比的增大,動(dòng)力響應(yīng)幅值的控制效果隨之增長,而響應(yīng)均方根值的控制效果則會(huì)降低;碰撞間距大的工況不論是幅值響應(yīng)還是均方根響應(yīng)的減振效果方面都表現(xiàn)的比間距較小的工況更好。第三,PTRMD與圓球碰撞阻尼器(BID)的對比試驗(yàn)分析;將兩阻尼器的質(zhì)量比及限位碰撞壁水平投影間距設(shè)置為相等,并分別進(jìn)行不同工況下的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。試驗(yàn)得到:無論是自由振動(dòng)、簡諧激勵(lì)還是模擬地震波的工況下,PTRMD展現(xiàn)出來的減振性能均高于BID,并且PTRMD體系對加速度的控制效果更加穩(wěn)定。第四,利用SolidWorks對PTRMD體系進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真模擬,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比,得出其數(shù)值模擬的有效性。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU352.1
【圖文】：

過去的幾十年里，地震的破壞力一次又一次地呈現(xiàn)出來。位于震中及附近的一些城市和鄉(xiāng)村，房屋倒塌、道路破壞、電信中斷甚至不少學(xué)校和醫(yī)院也成了廢墟。而城市因人口密集、建筑物集中的特點(diǎn)，地震中建筑物的倒塌造成的次生災(zāi)害如火災(zāi)、爆炸、煤氣和有毒氣體的泄露以及放射物擴(kuò)散等都能產(chǎn)生十分嚴(yán)重的后果。據(jù)相關(guān)資料顯示，2010 年海地發(fā)生 7.3 級(jí)地震[1]，由于當(dāng)?shù)亟ㄖ锟拐鹪O(shè)防能力較弱，地震造成了 40.31 萬棟建筑結(jié)構(gòu)遭受破壞，其中約 21.79 萬棟受到輕微損傷還能夠繼續(xù)居住，約 10.45 萬棟遭到嚴(yán)重破壞必須修建加固后才能繼續(xù)使用，還有約 8.06 萬棟建筑物被徹底地?fù)p壞。建筑物倒塌、公路斷裂、通訊電纜被破壞嚴(yán)重危害了當(dāng)?shù)鼐用竦纳踩⒃斐闪司薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失；據(jù)統(tǒng)計(jì)，2008 年的汶川地震中[2,3]嚴(yán)重?fù)p壞的建筑物不少于 593.25 萬間，完全破壞的建筑物約 546.19 萬間，受影響的建筑物更是高達(dá) 1500 萬間以上。其中，磚混結(jié)構(gòu)房屋的倒塌現(xiàn)象十分嚴(yán)重，許多框架結(jié)構(gòu)雖然本身破壞并不嚴(yán)重，但是建筑的裝修破壞和建筑功能的中斷也造成了不小的損失。因此越來越多的人們意識(shí)到抗震技術(shù)的提高已經(jīng)刻不容緩。

圖 1-2 結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的分類被動(dòng)控制的發(fā)展振動(dòng)控制的發(fā)展過程中，被動(dòng)控制以其構(gòu)成原理簡單、成部能量等優(yōu)點(diǎn)受到了研究者們更多的關(guān)注，至今仍是眾點(diǎn)。被動(dòng)控制技術(shù)的種類有很多，按其控制方式能將其分震體系、耗能減震體系和吸能減震體系�；A(chǔ)隔震是將控基底來控制地震能量往上部結(jié)構(gòu)傳遞的減振方法。近年有：滾珠加鋼板消能裝置、疊層橡膠墊隔震裝置、基底滑能減震是將控制裝置設(shè)置成消能構(gòu)件或阻尼器，地震發(fā)生引入消能裝置并將能量耗散掉，從而減小主體結(jié)構(gòu)在地減震體系主要有耗能支撐、消能剪力墻、摩擦阻尼器、金器等。吸能減震體系的控制裝置設(shè)置成主體結(jié)構(gòu)的附屬結(jié)

更深入的研究。消能體系雖然能同時(shí)適用于高層和但其控制裝置數(shù)量較多、安裝復(fù)雜、成本較高。相比減震體系因其結(jié)構(gòu)的構(gòu)造更加簡單，成本更加經(jīng)濟(jì)到了快速的發(fā)展。下面將主要闡述幾種目前熱點(diǎn)的其研究現(xiàn)狀。量阻尼器的研究阻尼器體系通常能轉(zhuǎn)化為由質(zhì)量、彈簧、阻尼三個(gè)部-3。大多情況下 TMD 附加在建筑物頂部，主結(jié)構(gòu)發(fā)體從主體結(jié)構(gòu)吸收能量，彈簧會(huì)對主體結(jié)構(gòu)施加反而阻尼器中的阻尼則起到耗散體系能量的作用。TM，將阻尼器的自振頻率調(diào)至結(jié)構(gòu)基頻即可達(dá)到減振

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