大跨空间隔震结构三维金属阻尼器研究

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1、大跨空间隔震结构三维金属阻尼器研究StudyonThree-dimensionalMetalDamperswithLong-SpanSpaceIsolationStructure工程领域：建筑与土木工程作者姓名：陈昱坤指导教师：李忠献教授企业导师：周莉正高级工程师天津大学建筑工程学院二零一七年十二月摘要地震对结构破坏性强，研究结构工程减振控制具有重要的意义。在结构中安装耗能装置是一种安全有效的减振控制方法，能有效削弱地震能量保护结构的安全。软钢阻尼器由于取材方便、易于制作和安装，且价格低廉、可替换性强，在实际工程中得到广泛应用。现有的软钢阻尼器大多只适用于一维或二维方向的耗能，而在大跨空

2、间结构中，结构的地震响应是多维的，此时传统阻尼器就不太适用于此类结构。基于此，本文结合传统软钢阻尼器，研发了一种三维金属阻尼器，并对其减振效果进行了研究。利用Abaqus有限元软件对三维金属阻尼器进行了参数影响分析，并研究了其在大跨空间网壳结构中的减振控制效果。本文主要的研究内容与成果如下：（1）在传统U型钢阻尼器基础上，设计了一种三维金属阻尼器。通过对阻尼器元件参数的分析，研究了三维金属阻尼器内部S型钢和U型钢宽度、厚度及弯曲段半径对阻尼器刚度、屈服力、恢复力及耗能性能的影响规律。（2）以等效粘滞阻尼系数对单个三维金属阻尼器的耗能性能进行了评估，结果表明三维金属阻尼器三方向的等效粘滞阻

3、尼系数均在到0.3以上，具有较好的三维耗能能力。（3）进行了三维金属阻尼器在大跨空间网壳结构中的应用研究。对安装有三维金属阻尼器的网壳结构进行了仿真分析。通过输入三向El-Centro波、TJ波及人工波，分别研究了结构在中震和大震情况下的减振性能，并与结构在无控状态下进行了对比分析，表明三维金属阻尼器具有较好的三维耗能减振性能。（4）考虑三维金属阻尼器初始刚度和不考虑初始刚度的影响，分别研究了这两种设计方法对结构的减振控制情况。结果表明考虑初始刚度时，阻尼器对节点加速度及节点位移控制效果明显；不考虑初始刚度影响时，阻尼器对杆件控制效果明显。并且在三维金属阻尼器与传统粘滞阻尼器最大阻尼力相

4、等的情况下，以传统粘滞阻尼器与三维金属阻尼器的减振效果进行了对比，结果表明，两种阻尼器对结构的减振控制效果相当。关键词：三维金属阻尼器、空间网壳结构、振动控制、时程分析、应用研究IABSTRACTEarthquakeisdestructivetostructures,soaninvestigationinthedampingcontrolinstructureengineeringisimportant.Installingtheenergydissipationdevicesinthestructureisasafeandeffectivewayofdampingcontrol,whi

5、chcansignificantlyreducetheearthquakeenergyandprotectthestructure.Ahystereticdamperiswidelyusedinengineeringprojectsowingtoitsavailability,easyproductionandinstallation,lowcost,andreplaceability.However,thehystereticdampercurrentlyisonlyapplicabletothedampingcontrolofone-dimensionandtwo-dimension

6、directions;itcannotbeappliedtosomelong-span-and-spacestructureswithmulti-dimentionalseismicresponse.Therefore,thisprojectstudiesathree-dimensionalmentaldamperbasedonthetraditionalone,andinvestigatestheeffectofitsdampingcontrol.Theprojectanalysestheparametereffectofthethree-dimensionalmentaldamper

7、andstudiesitsdampingcontroleffectinthelong-span-and-spacestructuresonthefiniteelementsoftwareABAQUS.Theproceduresandresultsofthisprojectareasfollows:（1）Athree-dimensionalmentaldamperisdesignedbasedonthetraditionalU-sha