高层建筑施工土木工程论文提纲

论文题目：高效耗能新型减震结构的振动响应与控制研究

摘要：随着经济的发展和城市化程度的提高,城市人口急剧增加,土地供应紧张,促使人们向高空发展,使得建筑的高度记录不断被突破。同时,建筑高度的增加以及新型高强轻质材料的应用,导致超高层建筑变得越来越轻柔,其在风荷载和长周期地震动作用下的动力响应问题日益突出。粘滞阻尼器作为一种典型的被动消能减震装置,通过钢材间密封填充的高分子化合物剪切阻抗力或流动阻抗力作为阻尼力,达到耗散风荷载或地震输入能量、降低结构响应的目的。且粘滞阻尼器不改变原结构刚度,具有构造简单、造价便宜、施工方便等优点,在土木工程领域被广泛应用。随着深入研究,科研学者发现超高层结构由于剪力墙的存在,其结构的层间位移较小,不能使阻尼器充分发挥耗能性能。本文针对上述问题,在普通粘滞阻尼器的基础上提出一种高效耗能新型阻尼器,通过高效耗能新型阻尼器力学性能试验和附加这种阻尼器的钢框架结构振动台试验,分析了高效耗能新型阻尼器的力学特性和消能减震机理,提出了该阻尼器的力学模型和对应的等效替代原则,建立了其应用在结构中的设计方法,为高效耗能新型阻尼器在实际工程中的分析、设计和应用提供参考。本文的主要内容包括以下几个方面:（1）基于Maxwell模型,针对普通粘滞阻尼器在较小输入位移下减震效率低下的问题,提出一种高效耗能新型阻尼器,介绍其构造形式、连接方式、工作原理和减震特点,并根据该阻尼器减震耗能机理建立宏观力学模型进行理论研究,分析该阻尼器对阻尼力和能量耗散的提升效果。基于能量等效原则建立适用于通用软件的高效耗能新型阻尼器等效分析模型,提出用等效能量代替线性约束法计算附加高效耗能新型阻尼器减震结构动力响应。（2）进行高效耗能新型阻尼器力学性能试验和结构振动台试验,并与普通粘滞阻尼器试验结果进行比较,旨在考查阻尼器动态刚度、阻尼指数、阻尼系数等力学参数;研究其频率相关性、位移相关性、速度相关性等力学性能相关性;分析其动力变形机理、滞回特性和能量耗散性能;探究其对结构动力特性的影响以及对结构响应的控制能力。通过对比试验值和理论值,验证高效耗能新型阻尼器力学模型和理论分析的正确性。（3）基于高效耗能新型阻尼器力学性能对比试验,提出一种附加位移放大机构的粘弹性阻尼器,阐明其构造特点和运行机制,并构建力学分析模型进行理论研究,同时开展性能试验验证。针对这种阻尼器在试验中可能出现的粘弹性材料因变形过大被拉坏问题,提出一种变倍率自适应的阻尼器位移速度放大装置,旨在小震下放大阻尼系统相对位移,提高结构减震效率;大震下减小其相对位移,避免阻尼系统因变形超过设计行程而破坏。（4）超高层建筑因低阻尼、大柔度等特性,对风荷载和长周期地震动非常敏感。针对上述现象,本文提出高效耗能新型阻尼器应用在超高层建筑控制结构响应的方法。通过比较长周期地震动和普通地震动频谱特性,分析超高层建筑在长周期地震动作用下结构响应明显增大的原因。对某附加高效耗能新型减震体系的超高层结构进行风振和长周期地震响应分析,研究该减震结构在其作用下的响应规律,验证新型阻尼器的减振（震）效果及耗能特性。（5）针对当前减震结构设计多采用反复试算法,设计流程复杂,设计效率较低等问题,根据高效耗能新型阻尼器力学特点,提出一种以层间位移角为性能目标,以结构和阻尼器共同承担水平地震作用力为计算原则的附加高效耗能新型减震体系结构的设计方法。通过此方法可以快速获得阻尼器的初步设计方案,还能有效避免因高效耗能新型阻尼器阻尼力偏大而引起布置阻尼器楼层层剪力增大的问题。

关键词：高效耗能新型阻尼器;超高层结构;力学模型;性能试验;设计方法

学科专业：结构工程

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 结构振动控制

1.2.1 基础隔震体系

1.2.2 消能减震体系

1.3 粘滞阻尼器简介

1.4 粘滞阻尼器研究概况

1.4.1 性能试验研究

1.4.2 振动台试验研究

1.4.3 分析设计方法

1.4.4 工程应用

1.5 高效耗能新型阻尼器研究概况

1.6 研究的目的和意义

1.7 主要研究内容

第二章 高效耗能新型阻尼器及理论分析

2.1 粘滞阻尼器恢复力模型

2.2 高效耗能新型阻尼器简介

2.3 高效耗能新型阻尼器理论分析

2.4 高效耗能新型阻尼器设计

2.5 高效耗能新型阻尼器等效能量法简化分析

2.5.1 等效能量法

2.5.2 基于ABAQUS的附加高效耗能新型阻尼器减震结构有限元分析

2.5.3 分析结果对比

2.6 小结

第三章 高效耗能新型阻尼器力学性能试验研究

3.1 试验概况

3.1.1 试验目的和内容

3.1.2 试验试件设计

3.1.3 试验加载装置

3.2 试验加载工况

3.3 试验结果及分析

3.3.1 试验现象

3.3.2 滞回耗能性能

3.3.3 位移相关性

3.3.4 频率相关性

3.3.5 速度相关性

3.4 小结

第四章 高效耗能新型阻尼器理论与试验对比分析

4.1 阻尼器性能评价指标对比分析

4.1.1 滞回曲线对比分析

4.1.2 阻尼力放大系数对比分析

4.1.3 消耗能量放大系数对比分析

4.2 位移放大机构在高阻尼粘弹性阻尼器的应用

4.2.1 高阻尼粘弹性阻尼器理论分析

4.2.2 高阻尼粘弹性阻尼器力学性能试验

4.3 变倍率自适应的阻尼器位移速度放大装置

4.4 小结

第五章 附加高效耗能新型阻尼器钢框架结振动台试验研究

5.1 试验概况

5.1.1 试验目的和内容

5.1.2 试验设备与仪器

5.2 试件设计与连接

5.3 模拟地震振动台试验

5.3.1 测点布置

5.3.2 试验选用地震波

5.3.3 试验工况

5.3.4 试验现象

5.4 试验结果分析

5.4.1 结构动力特性

5.4.2 结构加速度响应

5.4.3 结构层间位移响应

5.4.4 结构层剪力响应

5.4.5 试验结果与数值模拟对比

5.5 小结

第六章 附加高效耗能新型减震体系超高层结构风振与长周期地震响应分析

6.1 工程概况与有限元模型

6.1.1 工程概况

6.1.2 有限元模型

6.2 附加高效耗能新型减振体系超高层结构风振响应分析

6.2.1 风致振动响应及等效静力风荷载的计算方法

6.2.2 风洞试验计算结果

6.2.3 风振响应分析

6.3 附加高效耗能新型减震体系超高层结构地震响应分析

6.3.1 减震结构分析方法

6.3.2 典型地震波的选取与频谱特性的比较

6.3.3 地震响应分析

6.4 小结

第七章 附加高效耗能新型减震体系结构的设计方法研究

7.1 减震结构常用设计方法

7.2 改进的减震结构设计方法

7.3 阻尼器布置原则

7.4 工程算例验证

7.4.1 结构概况

7.4.2 减震设计

7.5 小结

第八章 结论与展望

8.1 结论

8.2 展望

参考文献

致谢