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在现代社会中,大型钢结构建筑已经广泛应用于各个领域,这些结构作为重要的公共设施,多见于厂房、住宅、办公楼和大型体育场所等,人员密集,一旦发生结构失稳破坏,会造成巨大的人员伤亡和财产损失,因此,对钢结构的动力稳定性进行控制,具有极其重要的现实意义。
考虑到动力失稳和结构振动的本质都是由于外加动力激励所引起,采用某种媒介消耗掉部分振动能量,在减小结构振动反应的同时,可以使结构的动力反应远离失稳临界区域,并能提高动力失稳临界荷载,从而达到对结构进行动力失稳控制的目的。本文基于这个原理,利用阻尼对结构动力稳定的有利影响,使用粘滞阻尼器,对钢网壳结构的动力稳定进行了有效的控制。
论文首先总结了结构动力稳定控制的研究成果,指出目前国内外基本上集中于单根构件的稳定控制,较少见到对整体结构动力稳定进行控制的相关研究,由于结构阻尼对结构的动力失稳具有有利影响,可以采用振动控制的方法对结构进行动力稳定控制。论文总结了目前对结构进行振动控制的主要方法,并从中选出适合于结构动力稳定控制的装置和控制措施。
对当前的运动稳定性理论进行了分类和总结,选出了实用性的动力稳定性判别方法。
利用有限元软件ANSYS的参数化设计语言(APDL),编制了大型复杂网壳结构弹塑性动力稳定分析模块,对K8网壳结构在单向地震、三向地震、考虑初始缺陷、不同矢跨比等情况下,使用粘滞阻尼器,采用不同阻尼系数对结构进行了控制分析。分析结果表明,在单向和三向地震下,控制效果良好,能显著提高结构的动力失稳临界荷载。粘滞阻尼器阻尼系数的大小对控制效果有着重要的影响,通常情况下,阻尼系数越大,控制效果越好。
控制效果的好坏,与无控结构的动力失稳临界荷载有关,通常情况下,临界荷载越小,控制效果越好,但其并不是影响控制效果的唯一因素,控制效果的好坏与结构矢跨比和缺陷形式也有关系。
对K8网壳采用不同的阻尼器布置方式,控制分析结果表明,存在最佳的布置方式,能够使用较少的阻尼器,较小的阻尼系数,获得更好的控制效果。
对K6网壳结构在不同地震波作用下的动力稳定性控制分析表明,结构在不同地震波作用下,对不同的K系列网壳都具有良好的控制效果。
对施威德勒网壳进行了三向地震作用下动力稳定控制分析。在三向地震作用下,有缺陷时的控制效果高于无缺陷时的控制效果。在无控结构动力失稳临界荷载相近的情况下,施威德勒网壳的动力稳定控制效果远好于K8网壳。说明结构类型和阻尼器布置方式对控制效果有着重要影响。
论文最后根据分析结果,给出了网壳结构动力稳定控制的合理方法和建议,以供工程实际参考。