大跨空间网架结构减震技术研究与应用

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近年来,国内外学者对结构减振进行了较系统的研究并己应用于多高层结构,但将减振技术用于大跨网架结构研究较少,更缺乏系统性研究。本文对大跨空间网架结构采用消能减震方法进行了较为系统的研究,其中包括结构的动力响应分析、消能减震计算模型和方法、阻尼器设置方案、阻尼器阻尼系数优化等。 以西安机库和北京机库为模型,采用三维空间杆系模型对大跨空间网架结构动力响应进行了分析。从分析结果可以看出,网架结构的动力特性复杂,结构在水平方向和竖直方向振动往往是同一量级的;而机库网架由于下部入口引起整体结构不对称,结构扭转效应明显,在地震计算中需要考虑多维地震下的组合效应。从网架结构地震内力分布图中可以看出,竖向地震作用对网架抗震验算起主要控制作用。同时通过考虑下部支承结构的整体建模计算发现,网架结构的水平地震内力同样可观,水平地震内力分布与支承布置方式有关;机库开口方向是网架水平地震的薄弱方向。 以一正放四角锥网架为模型,对大跨空间网架结构的减震方法进行研究。针对网架结构的结构特点,提出采用消能减震方法来增加网架结构的阻尼达到减震效果。并且提出采用粘滞流体阻尼器作为下弦冗余杆件以及用粘弹性阻尼器替换网架中动力放大系数较大的杆件这两种消能减震方案。提出采用时程分析方法作为网架结构消能减震计算方法,根据阻尼器力学特性对设置了阻尼单元网架的阻尼矩阵和刚度矩阵进行了修正。计算结果表明减震效果较为明显。 对网架结构替换杆件前后的动力特性进行了对比,结果表明屋盖结构由于杆件替换变柔,在替换前需要对方案进行验证,并对被替换杆件进行重要性验算。简述了网架结构消能减震优化设计原理,提出了目标函数以及设计变量。针对阻尼器阻尼系数以及阻尼器设置位置这两个参数进行了简化计算分析,并建议尽量将阻尼器设置在边缘网格,阻尼系数不宜过大。 比较了三种主要方案的减震效果,通过减震效果分布图可以发现,对于上下弦杆以及腹杆,减震效果是不同的。对于上下弦杆来说,边缘减震效果较好,但是分布不均匀,中部减震效果略差,但是分布较为均匀;而腹杆的减震效果整体较均匀。针对以上特点,提出尽量将冗余杆件与替换杆件两种方法结合运用,阻尼器应在水平两个方向上均匀布置,以达到较优的减震效果。
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