两级摩擦阻尼器在结构减震控制中的应用研究

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结构减震控制技术能够减轻结构在地震作用下的响应,提高结构的抗灾能力。目前该技术在建筑抗震中已经发展较为成熟,包括基础隔震、耗能减震、主动控制和混合控制等控制方法。但是,当前减震控制研究大多是研究常规地震记录的,对近断层地震记录的研究相对不足。考虑到位移相关摩擦阻尼器在橡胶基础隔震结构和耗能减震结构中应用的研究较少,提出一种新型的摩擦阻尼器,通过试验分析与数值计算,研究了安装两级摩擦阻尼器的隔震结构和耗能减震结构在不同类型地震作用下的抗震性能。本文的研究内容主要有以下四个方面:(1)本文首先根据被动摩擦阻尼器的原理和螺栓长孔的特性,设计并制作了一个具有两级起滑力的摩擦阻尼器。基于库伦摩擦阻尼机制建立其力学模型,并采用位移控制方式对两级摩擦阻尼器试验,验证所提出的阻尼器力学模型的正确性。该两级摩擦阻尼器主要由带有槽孔的板和螺栓组成,由于板上槽孔长度不同,会出现两种不同的摩擦阻尼力。该阻尼器通过调节螺栓预紧力,可以控制摩擦阻尼力的大小,具有很好的适应能力。而且该阻尼器制作简单,各部件便于更换,具有结构简单、稳定性好的优点。(2)在两级摩擦阻尼器的基础上,以一个典型的剪切型六层框架隔震结构为例。建立安装了两级摩擦阻尼器的隔震结构的动力方程,然后选取合适的常规地震波和近断层地震波记录并根据抗震规范进行调整,输入地震波作用,对比原始框架结构、铅芯橡胶基础隔震结构和安装两级摩擦阻尼器的铅芯橡胶基础隔震结构的三种结构地震动力响应。通过数值计算分析两级摩擦阻尼器的控制效果,结果表明两级摩擦阻尼器对结构的位移响应控制良好,结构顶层加速度和底层剪力的控制不是较好,基本上有增加的趋势。(3)同样以一个典型的剪切型六层框架耗能减震结构为例。在结构的每层放置一个两级摩擦阻尼器,建立耗能减震结构的动力方程,然后选取合适的常规地震波和近断层地震波记录,研究了各种地震作用下,原框架结构和安装两级摩擦阻尼器的耗能减震结构的动力响应。结果表明,两级摩擦阻尼器能明显降低结构的各层位移,结构各层加速度平均来说变化不明显,各层剪力基本上是减小的,说明两级摩擦阻尼器对结构的地震响应有优良的控制效果。并分析了两级摩擦阻尼器的参数调整对结构减震控制效果的影响。(4)以耗能减震结构为基础,研究了两级摩擦阻尼器在六层剪切型框架中的最优布置问题。在设定的放置两个和三个摩擦阻尼器的条件下,输入7度罕遇地震波,利用国际上通用评价指标,对两级摩擦阻尼器的控制效果进行比较分析,最后确定两级摩擦阻尼器的最优布置位置。同时从结构振型的角度对布置进行优化,总结了根据振型的优化布置原则。
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