發(fā)布時(shí)間：2020-05-30 06:31

【摘要】：傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)是通過加強(qiáng)結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)的構(gòu)件、提高結(jié)構(gòu)的剛度、允許結(jié)構(gòu)在大震下進(jìn)入非線性來消耗地震能量,因此傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)僅依靠結(jié)構(gòu)自身抵御地震作用,在考慮經(jīng)濟(jì)性的同時(shí),難以在遭遇超大烈度地震時(shí)確保結(jié)構(gòu)的安全性。消能減震技術(shù)通過在結(jié)構(gòu)中布置消能裝置(阻尼器),當(dāng)?shù)卣饋砼R時(shí),依靠消能裝置的變形運(yùn)動(dòng)等形式來耗散地震能量,增大了結(jié)構(gòu)的阻尼比,進(jìn)而減少了傳遞到結(jié)構(gòu)主體構(gòu)件上的地震能量,提高了結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。雖然阻尼器類型眾多、性能各異,但是傳統(tǒng)的各類阻尼器一方面在小震時(shí)難以充分發(fā)揮耗能能力,另一方面遭遇極罕遇地震時(shí)易超出其設(shè)計(jì)指標(biāo)而失效,從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌破壞。因此,如何在確保阻尼器在各級(jí)地震作用下均能充分發(fā)揮耗能能力且性能不失效,是當(dāng)前消能減震技術(shù)領(lǐng)域面臨的重要科學(xué)問題。近年來,國內(nèi)外研究學(xué)者先后基于機(jī)械領(lǐng)域的杠桿機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等設(shè)計(jì)開發(fā)了多種阻尼器響應(yīng)放大裝置,使結(jié)構(gòu)處于小變形小速度時(shí),阻尼器就可以充分發(fā)揮滯回耗能能力。但是,在罕遇甚至極罕遇地震作用下,阻尼器面臨著經(jīng)過各類放大裝置放大了的位移或速度超過其極限能力而過早失效的問題,使得阻尼器不僅不能發(fā)揮阻尼耗能的作用,更對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生較大的安全隱患。綜上所述,本文設(shè)計(jì)了一種新型金屬阻尼器凸輪式響應(yīng)放大裝置(CRAD-MD,Cam Response Amplification Device of Metallic Dampers),在提高阻尼器的利用效率、放大阻尼效應(yīng)的基礎(chǔ)上,避免了其因位移超限導(dǎo)致阻尼器失效的問題。本文對(duì)提出的CRAD-MD進(jìn)行了理論計(jì)算公式推導(dǎo)、偽靜力試驗(yàn)研究及數(shù)值仿真分析,并給出了相應(yīng)減震體系的抗震設(shè)計(jì)方法。主要研究?jī)?nèi)容如下:1、CRAD-MD裝置開發(fā)及理論公式推導(dǎo):系統(tǒng)總結(jié)了國內(nèi)外金屬阻尼器和響應(yīng)放大裝置的研究現(xiàn)狀,針對(duì)消能減震體系在極罕遇地震作用下的抗震設(shè)防需求,改進(jìn)了現(xiàn)有放大裝置和耗能裝置存在的問題,設(shè)計(jì)研發(fā)了CRAD-MD,闡述了該裝置的工作機(jī)理,推導(dǎo)了該裝置的恢復(fù)力計(jì)算公式,給出了該裝置位移、速度和絲杠水平力的最大放大倍數(shù)計(jì)算公式。2、CRAD-MD偽靜力試驗(yàn)研究:根據(jù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)條件,設(shè)計(jì)加工了該裝置的主體構(gòu)件及金屬阻尼器。采用兩種試驗(yàn)方案,對(duì)CRAD-MD進(jìn)行了多工況的偽靜力試驗(yàn),采取不同的加載方式,通過改變加載幅值、加載頻率和加載速度等得到了CRAD-MD的滯回曲線,通過分析試驗(yàn)結(jié)果揭示了該裝置的力學(xué)性能變化規(guī)律。3、CRAD-MD單自由度體系地震反應(yīng)分析:對(duì)單自由度無控體系(簡(jiǎn)稱SDOF)、單自由度結(jié)構(gòu)安裝CRAD-MD體系(簡(jiǎn)稱CRAD-MD單自由度體系)和單自由度結(jié)構(gòu)安裝傳統(tǒng)金屬阻尼器體系(簡(jiǎn)稱MD單自由度體系)進(jìn)行了多條遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)地震作用下的地震反應(yīng)對(duì)比分析,主要包括控制效果分析、滯回曲線對(duì)比、耗散能量對(duì)比、反應(yīng)譜分析和基于相同位移的控制效果分析,驗(yàn)證了CRAD-MD的有效性,并為該裝置的工程設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)方法奠定了基礎(chǔ)。4、CRAD-MD消能減震體系抗震設(shè)計(jì)方法:理論推導(dǎo)了CRAD-MD滯回耗能的理論計(jì)算公式,利用能量守恒的定理,給出了CRAD-MD設(shè)計(jì)參數(shù)的確定方法,分析了其減震效果,提出了相應(yīng)減震體系的抗震設(shè)計(jì)方法,為CRAD-MD的工程應(yīng)用和相應(yīng)規(guī)范的編制提供了科學(xué)依據(jù)。
【圖文】：

金屬阻尼器凸輪式響應(yīng)放大裝置及消能減震體系的抗震性能研究提供的外加能源主要起到調(diào)節(jié)效能減震裝置的參數(shù)的作用，以保證裝置達(dá)到更好的控制效果。這三種控制中，主動(dòng)控制的效果最好，但由于需要提供較大的、穩(wěn)定的外加能源，并且控置裝置精密復(fù)雜，計(jì)算機(jī)的算法限制等因素，因此其應(yīng)用程度較低。被動(dòng)控制因其成熟的理論基礎(chǔ)和豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，是目前應(yīng)用范圍最廣的消能減震技術(shù)，，其常見的消能減震裝置為粘滯阻尼器、金屬阻尼器、鉛黏彈阻尼器、防屈曲支撐以及質(zhì)量調(diào)諧阻尼器等。圖 1-1 所示的是應(yīng)用于實(shí)際工程的被動(dòng)控制阻尼器。

圖 1-2 扭轉(zhuǎn)型梁式阻尼器 圖 1-3 雙向扭轉(zhuǎn)型金屬阻尼器2、 剪切型阻尼器圖 1-4 錐形鋼棒阻尼器 圖 1-5 附加鋼棒阻尼器的隔震支座早在 1975 年，錐形鋼懸臂阻尼器就由 Tyler[11]設(shè)計(jì)開發(fā)出來, 鋼底板分別與錐形棒或錐形鋼板相連，構(gòu)造形式如圖 1-4 所示，該耗能器耗能能力主要取決于其高度和料特性。錐形鋼棒阻尼器可以在任何方向屈服提供阻尼和剛度來消耗地震能量，但是
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU352.11

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2687723