结构被动控制可以有效地减轻结构在风和地震作用下的反应和损伤、有效地提高结构的抗灾能力,在结构中设置位移相关摩擦阻尼器是结构被动控制的有效策略之一。在结构振动控制几十年的发展过程中,国内外学者对于各种摩擦阻尼器的试验、理论分析和控制设计方法进行了大量研究。但随着被动消能减震技术的不断发展,仍出现一些问题有待进一步探讨研究。在此背景下,本文主要进行了以下几个方面的研究： 1.本文首先提出了一种位移相关摩擦阻尼器的力学模型,并对SDOF体系的控制方程利用谐波平衡法求得正弦波激励下的位移解析解。然后利用经典的四阶Runge-Kutta法对位移的解析解和频率响应方程进行数值检验,并研究了位移相关摩擦阻尼器的三个参数对二者吻合程度的影响。本文还研究了有控SDOF体系在El Centro(1940,NS)地震动激励下的响应。 2.本文对位移相关摩擦阻尼器用于五层剪切型框架结构地震反应控制进行了系统研究。MATLAB数值分析结果表明,在分别输入具有长周期速度脉冲型地震波和典型的常规强震记录时,位移相关摩擦阻尼器对结构地震响应的控制效果非常显著。在此基础上还从能量的角度分析了设置摩擦阻尼器的减振机理,并给出了摩擦阻尼器振动控制的能量描述方法。 3.研究了两个位移相关摩擦阻尼器在五层剪切型框架上的最优布置问题。利用国际上通用的结构振动控制Benchmark评价指标,对位移相关摩擦阻尼器的控制效果进行比较分析,最终确定这两个阻尼器应该布置在结构层间位移较大的位置上,即剪切型框架的底部两层。 4.研究了位移相关摩擦阻尼器对铅芯橡胶基础隔震结构的减震效果。对该隔震结构数值分析表明,在脉冲型近场地震激励下能显著降低隔震层位移,减幅可达50%左右,同时对上部结构的层间位移和加速度响应也有一定的减震效果,但是震后隔震层有可能存在残余位移。而在常规强震激励下,位移相关摩擦阻尼能够减少隔震层位移,但是会增加上部结构的地震响应。根据参数分析,对位移相关摩擦阻尼器的三个主要参数如何选取给出了建议。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU352.12
文章目录
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 本文的选题背景及研究意义
1.2 结构被动控制概况
1.3 被动耗能减振技术研究及应用进展
1.3.1 粘弹性阻尼器
1.3.2 粘滞阻尼器
1.3.3 金属阻尼器
1.3.4 摩擦阻尼器
1.3.5 复合型阻尼器
1.4 本文主要研究内容
第2章 摩擦耗能单自由度体系动力分析
2.1 引言
2.2 摩擦耗能单自由度体系动力方程的建立
2.3 摩擦耗能单层框架在正弦波激励下的精确分析
2.3.1 非线性振动系统的分类及研究方法
2.3.2 谐波平衡法
2.3.3 摩擦耗能单自由度体系在正弦波激励下方程的求解
2.4 利用经典的四阶Runge Kutta法进行数值检验
2.4.1 经典的四阶Runge-Kutta法
2.4.2 解析解和数值解对比分析
2.5 SDOF体系位移的频率响应方程
2.6 摩擦阻尼器滑动和附着状态分析
2.7 动力分析中Coulomb摩擦力的近似表达式
2.7.1 Coulomb摩擦力的四种近似表达式
2.7.2 Coulomb摩擦力的近似表达式有效性验证
2.8 SDOF体系耗能减震动力反应分析
2.8.1 SDOF体系耗能减震动力反应方程
2.8.2 MATLAB仿真计算结果分析
2.8.3 摩擦阻尼器对SDOF体系振动控制的能量分析
2.9 本章小结
第3章 位移相关摩擦阻尼器对多层框架结构地震反应控制的研究
3.1 引言
3.2 主体结构分析模型
3.3 输入地震波的选取和调整
3.3.1 地震波的选取
3.3.2 地震波幅值的调整
3.4 摩擦阻尼器对结构地震反应的控制
3.4.1 控制效果的评价指标
3.4.2 受控结构运动方程的建立
3.4.3 受控结构运动方程的求解
3.4.4 摩擦阻尼器对MDOF体系振动控制的能量分析
3.4.5 计算结果及控制效果讨论
3.5 本章小结
第4章 位移相关摩擦阻尼器在结构减震控制中的位置优化研究
4.1 引言
4.2 五层剪切型结构的摩擦阻尼器位置优化
4.2.1 结构动力特性分析
4.2.2 摩擦阻尼器的优化设置工况
4.2.3 各种工况下结构控制效果分析
4.3 结构振动控制的Benchmark评价指标
4.3.1 Benchmark问题简介
4.3.2 Benchmark评价指标及最优布置
4.4 本章小结
第5章 位移相关摩擦阻尼器对基础隔震结构的地震反应分析
5.1 引言
5.2 位移相关摩擦阻尼器隔震结构动力方程及求解
5.2.1 位移相关摩擦阻尼器隔震结构运动方程的建立
5.2.2 铅芯橡胶隔震垫和摩擦阻尼器的力学模型
5.2.3 隔震结构运动方程的求解
5.3 算例分析
5.3.1 地震响应计算结果比较
5.3.2 参数研究
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 进一步工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢
【参考文献】
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2025530
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