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门式刚架结构采用粘滞阻尼器的减震控制研究

门式刚架结构采用粘滞阻尼器的减震控制研究

作者：张珊珊河北农业大学

学位级别：硕士

本文所探讨的是液体粘滞阻尼器及其在门式刚架结构减震控制中的应用,是关于消能减震技术的应用研究。结构消能减震体系是指将结构的某些非承重构件(如支撑,连接节点等)设计成消能杆件,或在结构的某些部位(节点或连接处)装设阻尼器,在风... 详细信息

本文所探讨的是液体粘滞阻尼器及其在门式刚架结构减震控制中的应用,是关于消能减震技术的应用研究。结构消能减震体系是指将结构的某些非承重构件(如支撑,连接节点等)设计成消能杆件,或在结构的某些部位(节点或连接处)装设阻尼器,在风荷载或轻微地震时这些消能杆件或阻尼器处于弹性状态,结构具有足够的侧向刚度以满足正常使用要求。强烈地震发生时随着结构受力的增加和变形的增大这些消能杆件和阻尼器率先进入非弹性变形状态而产生较大阻尼,大量的消耗输入结构的地震能量,从而使主体结构避免进入明显的非弹性状态从而迅速衰减结构的地震反应,进而使结构免遭整体性结构破坏。粘滞阻尼器装置简单,材料较经济,有比较广泛的应用前景,将其应用于门式刚架结构还比较少,属于起步研究阶段,能为设计人员提供必要的帮助。本文首先阐述了振动控制的相关理论及粘滞阻尼器的研究与现状,并明确了本课题研究的背景、内容。本文的所选用的抗震分析方法是选用适用于局部非线性问题的“快速非线性分析(FNA)”方法,此法拥有比较高的计算精度和效率。为了研究粘滞阻尼器对门式刚架结构的减震控制的影响,本文利用SAP2000有限元分析软件建立起计算模型,并对其进行静力计算、模态分析。通过对模态分析得到的结构周期和阵型,掌握其动力响应特征,根据结构的动力特征布置阻尼器。输入地震波,应用时程分析方法,对结构布置阻尼器前后的动力响应进行比较。通过对控制杆件节点的位移和控制构件的剪力、弯矩进行观察研究,从而选择出较为合理经济的布置方案,即对阻尼器布置位置进行优化;在满足规范的基础上,输入另外三种地震波进行时程分析,输出控制构件和控制节点的时程曲线图,进行效果比对,进而研究不同频谱特性地震波输入时粘滞阻尼器对刚架的减震控制效果的影响。研究结果表明,粘滞阻尼器减震系统对单层门式刚架结构有较明显的减震效果,在控制使用数量的基础上,并对其减震效果进行观察,可知将其布置在刚架结构屋面位置最为合理。

关键词：门式刚架结构粘滞阻尼器位置优化动力特性减震控制

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门式刚架结构的粘滞阻尼器减震分析

门式刚架结构的粘滞阻尼器减震分析

作者：宗亚男河北农业大学

学位级别：硕士

传统结构在大地震作用下,主要依靠某些结构构件吸收大量地震能量,而使整个结构进入弹塑性状态甚至屈服、破坏,从而导致整个结构震后无法修复甚至直接倒塌。阻尼器是结构中专门用来消耗地震能量的构件。其作为一种被动控制措施是将输入... 详细信息

传统结构在大地震作用下,主要依靠某些结构构件吸收大量地震能量,而使整个结构进入弹塑性状态甚至屈服、破坏,从而导致整个结构震后无法修复甚至直接倒塌。阻尼器是结构中专门用来消耗地震能量的构件。其作为一种被动控制措施是将输入结构的地震能量引向特别设置的机构和元件加以吸收和耗散,从而能够保护主体结构的安全。在结构中合理布置阻尼器可以消耗输入结构中的大部分地震能量,减小结构位移,改善和提高结构的抗震性能。消能减震技术现已成为工程抗震研究的主要发展方向之一,各国工程抗震专家和学者均积极致力于该技术的研究开发和推广应用。时程分析法是减震结构的常用的分析方法之一。本文系统地阐述了减震结构的运动微分方程及时程分析方法。无论减震结构是单自由度、多自由度、是否考虑扭转耦联,还是进行三维有限元分析,减震结构均可以采用时程分析法进行计算。本文在算法上采用适用于局部非线性问题的“快速非线性分析(FNA)”方法求解,此方法有较高的计算效率和精度。本文对门式刚架结构采用消能减震方法进行了研究,其中包括结构的消能减震计算模型和计算方法、模态分析、动力响应分析、阻尼器布置方案、阻尼器阻尼参数优化、不同频率特征地震波下结构的减震等。模态分析表明:结构动力特性复杂,自振振型以柱的水平方向对称及反对称振动为主,虽然在振型中也出现了扭转振动,但由于阶数较大,对结构影响相对较小。文中采用粘滞流体阻尼器作为附加消能杆件,分析比较了六种不同的阻尼器布置形式,分别与无控制时的结构动力反应进行比较,最终通过分析计算及对比给出了较优的阻尼器布置方式。文中还就阻尼器的阻尼系数对结构减震效果的影响对比分析,得到了较经济的阻尼系数取值范围,这可以为工程设计人员提供很好的参考。另外对不同频率特征地震波下结构的减震效果进行了分析。在不同的地震波激励下,结构的响应可能相差较大;为了得到较准确的结果,需要采用多条地震波进行计算取其平均值。

关键词：门式刚架结构动力特性地震响应消能减震粘滞阻尼器

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变截面门式刚架结构分析的微分求积单元法

力学季刊 2005年第2期26卷 198-203页

作者：聂国隽仲政同济大学固体力学教育部重点实验室

本文采用一种精确、简便的数值计算方法———微分求积单元法(DQEM)对变截面门式刚架结构进行了力学分析。首先建立了一般荷载作用下变截面构件的平衡微分方程,并采用微分求积法进行离散,进而得出了较为精确的分析变截面构件的单元力学... 详细信息

本文采用一种精确、简便的数值计算方法———微分求积单元法(DQEM)对变截面门式刚架结构进行了力学分析。首先建立了一般荷载作用下变截面构件的平衡微分方程,并采用微分求积法进行离散,进而得出了较为精确的分析变截面构件的单元力学模型。该模型的刚度方程不仅反映了单元的刚度性质,而且反映了单元的实际荷载作用,可较为精确地分析变截面门式刚架结构在分布载荷作用下的受力性能。通过与有限元法计算结果的比较,表明了微分求积单元法在变截面刚架的力学分析中的正确性和优越性。微分求积单元法可用于任意形状的刚架结构的静力分析。

关键词：变截面构件门式刚架结构微分求积单元法

位于老采空区上的门式刚架结构抗变形性能分析研究

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建筑结构 2004年第5期34卷 30-32,35页

作者：夏军武王守祥王宽如郭广礼中国矿业大学徐州221008 淮安市建设局 223000 淮北矿业集团公司 235000

根据煤矿老采空区地表移动变形规律 ,利用ANSYS软件模拟计算了老采空区“活化”引起的地表变形对门式刚架结构产生的内力影响。通过分析数值计算结果 ,研究了轻钢结构整体变形的特点及其不同部位受附加内力作用的情况。

关键词：门式刚架结构抗变形老采空区地表变形 ANSYS软件轻钢结构

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大跨度门式刚架结构的有限元分析

机械设计与研究 2008年第6期24卷 72-74,88页

作者：马晓明姚振强上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 常州纺织服装职业技术学院江苏常州213164

通过有限元分析软件ANSYS对某生产车间大跨度门式刚架结构的有限元建模方法进行了讨论,并对整个结构做了非线性静力学分析,得到了门式刚架结构在最不利工况下的应力及应变分布图,给出了关键构件强度和刚度的分析结果,并根据分析结果提... 详细信息

通过有限元分析软件ANSYS对某生产车间大跨度门式刚架结构的有限元建模方法进行了讨论,并对整个结构做了非线性静力学分析,得到了门式刚架结构在最不利工况下的应力及应变分布图,给出了关键构件强度和刚度的分析结果,并根据分析结果提出了改进方法和建议。

关键词： ANSYS 有限元建模大跨度门式刚架结构

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浅谈门式刚架结构制作的质量控制

施工技术 2010年第S1期39卷 493-494页

作者：权雅萍金川集团工程建设有限公司甘肃金川737100

在目前的工程实践中,门式刚架以其自重轻,强度高,跨度大,抗震性能好,便于工业化生产,施工速度快,是一种节能环保型可循环使用的建筑结构,所以在目前的工程建设中得到广泛应用。

关键词：门式刚架结构质量控制结构制作气体保护焊工业化生产抗震性能钢结构工程建筑结构节能环保型工程实践

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损伤后门式刚架结构的力学性能研究

损伤后门式刚架结构的力学性能研究

作者：张大龙中南林业科技大学

学位级别：硕士

门式刚架结构在国内土木工程中的应用非常广泛。在使用过程中,门式刚架结构会由于许多原因而产生损伤。受损后的门式刚架结构能否满足正常使用要求?需要加固或拆除重建?一直以来都是人们关注的焦点。本文通过对受损钢材的力学性能进行... 详细信息

门式刚架结构在国内土木工程中的应用非常广泛。在使用过程中,门式刚架结构会由于许多原因而产生损伤。受损后的门式刚架结构能否满足正常使用要求?需要加固或拆除重建?一直以来都是人们关注的焦点。本文通过对受损钢材的力学性能进行试验研究,分析了受损梁柱连接节点的力学性能,并对受损门式刚架结构力学性能进行了分析。本文所做主要工作如下：(1)利用标准实验方法对8组Q235钢材试件进行了受损前后的力学性能试验研究,得到受损钢材的加载弹性模量和卸载弹性模量,提出了受损钢材的力学分析模型。(2)运用ANSYS有限元分析软件建立了受损梁柱连接节点的有限元分析模型。分别改变梁截面高度、梁翼缘宽度、梁翼缘厚度和损伤处钢材的弹性模量,得到了弯矩作用下的节点转角变形。通过对单参数下的有限元分析数据进行拟合,得到了受损梁柱节点转角变形公式,并经过分析得到了受损梁柱节点转动刚度计算公式。(3)推导构件单元的刚度矩阵,建立一种能够考虑二阶效应的结构计算方法,并采用FORTRAN语言将计算过程汇编成程序。利用编制的程序对受损门式刚架结构进行力学性能分析,并与多个计算分析软件的计算分析结构进行了比较,验证了程序的计算精度。分析结果表明,节点的损伤对门式刚架结构力学性能有一定影响,不容忽视。

关键词：门式刚架结构力学性能损伤弹性模量转动刚度有限元分析

单层单跨门式刚架结构有限元时程分析与振动台试验的对比研究

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单层单跨门式刚架结构有限元时程分析与振动台试验的对比研究

作者：李令松西安建筑科技大学

学位级别：硕士

门式刚架结构是轻钢单层建筑的主要结构形式之一,在我国应用非常普遍。目前对这种结构体系抗震性能的研究较少,特别是在地震作用下的受力性能和破坏机理的认识还不够深入,相关规范、规程对其抗震设计的规定也不够细致。这些问题制约着... 详细信息

门式刚架结构是轻钢单层建筑的主要结构形式之一,在我国应用非常普遍。目前对这种结构体系抗震性能的研究较少,特别是在地震作用下的受力性能和破坏机理的认识还不够深入,相关规范、规程对其抗震设计的规定也不够细致。这些问题制约着门式刚架结构在我国高抗震设防烈度地区的应用。针对上述问题,课题组对《门式刚架轻型房屋钢结构标准图集》(02SG518-1)中单层单跨门式刚架GJ18-2C的1/3缩尺模型进行了横向抗震性能振动台试验。本文应用ANSYS大型通用有限元软件对1/3缩尺模型进行建模和弹塑性时程分析,将计算结果与振动台试验结果进行对比,验证了有限元数值模型的可行性;在此基础上对原型结构进行了有限元数值模拟。根据相似比将模型结构试验数据反推到原型结构,并将有限元计算结果与反推结论进行了对比,得到了门式刚架结构在地震作用下加速度和位移响应规律,以及结构在大震作用下的应力反应和破坏形态。分析结果表明门式刚架结构有非常良好的抗震性能,能够满足抗震规范中“小震不坏,中震可修,大震不倒”的要求。综上所述,本文通过有限元弹塑性时程分析与振动台试验结果的比较,得到了一些有益的结论,为进一步研究门式刚架结构的抗震性能提供了参考。

关键词：门式刚架结构抗震性能地震波有限元时程分析

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基于场模拟火灾全过程门式刚架结构响应分析

基于场模拟火灾全过程门式刚架结构响应分析

作者：刘建成西安建筑科技大学

学位级别：硕士

轻型门式刚架结构广泛应用于生产车间、存储仓库、批发市场等建筑。但是火灾被认为是该结构最大的威胁,因为普通结构钢超过一定温度会丧失大部分强度和刚度,造成结构破坏,甚至倒塌。目前钢结构的抗火设计中,大部分停留在小室空间,而且采... 详细信息

轻型门式刚架结构广泛应用于生产车间、存储仓库、批发市场等建筑。但是火灾被认为是该结构最大的威胁,因为普通结构钢超过一定温度会丧失大部分强度和刚度,造成结构破坏,甚至倒塌。目前钢结构的抗火设计中,大部分停留在小室空间,而且采用ISO834标准升温曲线下的均匀温度场分布,但大空间钢结构建筑的温度场是非均匀分布的,因此有必要对全过程火灾作用下结构的位移与变形及内力响应进行研究分析。本文选取《门式刚架轻型房屋钢结构》中的一榀平面刚架和三榀带次要结构的空间刚架结构,采用壳单元进行火灾全过程作用结构响应数值模拟,本文研究以下几方面:总结大空间建筑火灾特征,确定火灾过程中的各项参数,采用火灾动力分析软件FDS模拟不同火灾场景下空间温度场的分布。通过比较国内外规范选择适合的高温下结构钢的物理性能和力学性能,利用有限元软件ABAQUS对刚架进行传热分析,进而得到构件温度场的分布。结果表明:温度沿截面梯度变化很小,并且截面各测点温度与相应空气温度十分接近,因此可以简化为用火灾作用下空气温度表示相应截面温度。通过数值模拟已有试验,验证能够利用ABAQUS热-力耦合分析方法准确分析结构火灾过程中的响应。论文考虑材料非线性和几何非线性及空间温度场的不均匀分布,对平面门式刚架火灾全过程作用下的响应进行五种不同因素的数值模拟,结果表明:不同火灾场景、不同保护层参数、不同跨度三种因素直接影响构件温度场的分布,水平荷载作用很容易导致刚架因整体侧移过大而失稳,对构件抗火极为不利,柱脚刚接增加结构冗余度,相对于柱脚铰接能够延长结构破坏时间。选取三榀带支撑门式刚架作为整体研究对象,各荷载设计值作用在刚架上,考虑材料非线性和几何非线性研究不同火灾场景下空间刚架的变形与位移响应,结果表明:空间刚架有较好的协同约束作用,在温度上升阶段,能够有效的减小变形幅度,但是檩条、墙梁及刚系杆等次要结构受热膨胀产生的牵引力对主刚架平面外变形有很大影响,造成刚架平面外失稳破坏,同时刚架塑性发展比较明显。因此在空间结构抗火设计时,有必要加强次要构件。

关键词：火灾门式刚架结构温度场结构响应数值模拟