基于不同耗能机制的分层悬挂结构的动力性能研究

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经过近代的科技进步和学术发展,悬挂结构作为一种新兴的建筑结构,因其独特的建筑造型、新奇的设计理念和良好的减震性能,受到了工程师们的广泛关注。基于此种发展趋势和设计理念,本课题组提出了一种新型的分层悬挂楼盖结构体系,在主结构的混凝土柱上设置钢制多功能连接件,使用吊索或吊杆,一端穿过连接件上的预留孔,另一端与楼盖上预留悬挂点铰接,将每层楼盖分别悬挂。为进一步研究该悬挂结构体系的减震机理,以及结构在不同耗能机制下的动力性能,本文利用MATLAB平台编程,分别求解该悬挂结构体系与普通框架结构在地震作用下的动力响应,并进行对比分析。本文主要的研究内容及结论如下:(1)简述本课题组提出的分层悬挂楼盖体系,依据其构造特征与运动特性简化结构,得到结构的分析模型,以便于使用Lagrange方程对其进行推导,最终得到该结构的动力平衡方程。确定方程中主结构的质量和刚度、悬挂楼盖的质量以及阻尼装置所提供刚度、阻尼系数等对结构动力特性产生影响的重要参数;(2)利用MATLAB平台编制程序完成对结构平衡方程的导入和相关运算的编写,采用时程分析法,求解此体系在地震作用下的动力响应,并与同参数下传统框架结构的响应相对比。对比结果后发现悬挂结构的顶层位移响应普遍低于普通框架结构,说明此悬挂结构体系抗震性能良好;(3)考虑到单一地震波可能会带来偶然的结果,为保证结构减震效果的一般性,给悬挂结构分别输入远场地震波和近场地震波。在对比分析后发现,悬挂结构中的主结构框架在不同的地震作用下,位移均得到了有效地削减,表明此分层悬挂结构体系可以达到预期的减振控制目标,具有良好的减振效果;(4)在证明悬挂结构的减震性能的基础上,给主结构与悬挂楼盖间加设不同类型的阻尼器,研究在分别添加粘滞阻尼器和摩擦阻尼器时,结构在地震作用下动力性能。结果表明,在远场地震动下,添加摩擦阻尼器的主结构表现出了更好的减震效果,但是此种情况下悬挂层对于近场地震动的激励略显敏感,其位移幅值略大。考虑悬挂层的稳定性和舒适性,添加粘滞阻尼器更能满足要求,然而在综合考虑主结构与悬挂层的动力响应后,添加摩擦阻尼器的结构展现的减震效果更好;(5)为研究悬挂结构在地震作用下的耗能机理,采用能量分析法,分析悬挂结构在地震过程中的能量组成和传递机理,并在此基础上,保持研究参数与条件不变,讨论两种类型的阻尼器对结构各能量关系的影响,以及在各类地震下的耗能模式和工作机制,以求在能量的角度解释上述研究结果。
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