本文選題：網(wǎng)殼結(jié)構(gòu) + 摩擦擺支座�。� 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)作為一種典型的大跨空間結(jié)構(gòu),具有跨度大、受力合理、造型優(yōu)美等特點(diǎn),展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景,是許多地標(biāo)性建筑采用的建筑形式。由于此種結(jié)構(gòu)政治、經(jīng)濟(jì)意義突出,且往往是人口密集場所,所以對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)減震機(jī)理及抗震性能的研究工作顯得尤為重要。目前,網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的研究成果主要集中在穩(wěn)定性、動力性能及失效機(jī)理分析等方面,有關(guān)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)振動控制的研究開展較少。摩擦擺支座(FPB)作為一種高效且完全被動的摩擦滑移隔震裝置,應(yīng)用于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)時,會引起一系列急需解決的關(guān)鍵問題,如網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)應(yīng)用FPB的可行性分析、結(jié)構(gòu)減震效果研究、FPB選取原則、結(jié)構(gòu)參數(shù)影響程度、支座設(shè)計以及FPB安裝設(shè)計等問題,本文正是將FPB精細(xì)化有限元模型應(yīng)用于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),并針對上述問題對設(shè)置FPB網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的減震機(jī)理及效果展開系統(tǒng)的研究。首先,分析了落地與帶下部支承FPB網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)減震機(jī)理與抗震性能,證明FPB結(jié)構(gòu)具有顯著的減震效果,并給出了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)選取FPB的基本原則。其次,針對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),基于傳統(tǒng)摩擦擺支座,設(shè)計了三種新型摩擦擺減震支座,通過理論和數(shù)值分析探討其減震機(jī)理,并通過數(shù)值算例驗(yàn)證了三種支座良好的減震性能;最后,從支座初始設(shè)計角度、布置方式以及安裝位置等三個方面對FPB的安裝設(shè)計進(jìn)行了研究,給出了FPB網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計建議,為FPB在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。本文的主要研究內(nèi)容如下:1.摩擦擺支座減震機(jī)理及有限元建模從隔震和耗能減震兩方面分析了摩擦擺支座的減震機(jī)理,給出了摩擦擺支座結(jié)構(gòu)的運(yùn)動方程,建立了精細(xì)化的摩擦擺支座有限元模型,并通過已有試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了建模方法的合理性和正確性。2.摩擦擺支座網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗震性能研究將精細(xì)化摩擦擺支座有限元模型應(yīng)用到落地單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中,從內(nèi)力、變形和穩(wěn)定性三方面分析了摩擦擺支座對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)靜力性能的影響,分析表明摩擦擺支座網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形增加,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能減弱,但加強(qiáng)最外環(huán)環(huán)桿能有效地減弱摩擦擺支座的不利影響。另外,從地震波和摩擦擺支座參數(shù)兩方面,研究了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗震性能的變化規(guī)律,給出地震波作用對摩擦擺支座網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)減震效果的影響規(guī)律,地震動強(qiáng)度越大,FPB結(jié)構(gòu)減震效果越明顯;隨著摩擦擺支座摩擦系數(shù)的增加,FPB結(jié)構(gòu)減震效果先增強(qiáng)后減弱;FPB曲率半徑越大,減震效果越好。通過對不同矢跨比、屋面荷載和跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)減震效果的研究,驗(yàn)證了不同結(jié)構(gòu)應(yīng)用FPB作為減震設(shè)備的可行性。3.帶下部支承的摩擦擺支座網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗震性能研究將FPB安裝于柱頂與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)之間,分析柱支承FPB網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形以及穩(wěn)定性�？紤]了地震波、摩擦擺支座及上部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)參數(shù)對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗震性能的影響,得出的不同參數(shù)變化對結(jié)構(gòu)動力性能的影響規(guī)律與落地網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)相似。此外,研究了柱高度和截面半徑變化時FPB網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的減震效果,研究顯示,FPB能延長結(jié)構(gòu)的自振周期,避免共振現(xiàn)象,進(jìn)而有效地減弱結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。4.新型摩擦擺支座研究基于摩擦系數(shù)影響規(guī)律,設(shè)計了一種變摩擦-摩擦擺支座(VF-FPB),通過理論和數(shù)值方法對算例進(jìn)行分析,討論了此種支座的減震機(jī)理和減震效果,結(jié)果顯示,VF-FPB具有良好的自適應(yīng)特性,減震效果比傳統(tǒng)FPB更顯著。針對大跨度空間結(jié)構(gòu),設(shè)計了一種球-柱面摩擦支座(SCSFB),并通過理論和數(shù)值分析研究了應(yīng)用此種支座網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的減震效果,研究表明,與傳統(tǒng)FPB結(jié)構(gòu)相比,SCSFB能更有效地減弱網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。在SCSFB基礎(chǔ)上,結(jié)合變摩擦思想,提出了一種新型變摩擦-球柱面摩擦支座(VF-SCFB),通過理論和數(shù)值分析驗(yàn)證了此種支座具有良好的減震性能,且減震效果優(yōu)于SCSFB。5.摩擦擺支座網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計研究給出了應(yīng)用FPB單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計建議。在此基礎(chǔ)上,研究了FPB布置方式和安裝位置對FPB網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)減震效果的影響規(guī)律。首先,提出了FPB初始設(shè)計角度的概念,當(dāng)初始設(shè)計角度小于15度時,FPB不僅能夠提高網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)靜力性能,而且不影響結(jié)構(gòu)的減震效果。其次,設(shè)計了三種不同布置方式,并研究了三種不同布置方式對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響,得出抗震設(shè)計時FPB布置方式一較為合理。此外,對比分析了FPB安裝于柱頂和柱底的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)力學(xué)性能,當(dāng)FPB安裝柱底時,網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的靜力性能較好,但減震效果弱于FPB安裝在柱頂?shù)木W(wǎng)殼結(jié)構(gòu),抗震設(shè)計時建議將FPB安裝于柱頂。
[Abstract]:This paper studies the damping mechanism and seismic behavior of FPB by using FPB as a kind of efficient and completely passive friction sliding shock - isolating device . In this paper , the effects of seismic wave , friction pendulum support and upper net shell structure on seismic performance of FPB are studied . The results show that the damping effect of FPB is better than that of traditional FPB . However , the damping effect is weaker than that of FPB installed at the top of the column . In the seismic design , FPB is recommended to be installed on the top of the column .
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU352.11;TU399
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本文編號：1975015