多高层斜交网筒结构的抗震分析及基于TIMD的控震性能研究

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现阶段,人们对于建筑形式的美感和舒适程度的要求越来越高,传统的建筑形式已不能满足人们的需求,而斜交网筒结构体系具有建筑形式优美、抗侧刚度大、空间整体性能优越等特点,因而被世界各国许多知名建筑和地标建筑所应用,但是对多高层斜交网筒结构体系抗震性能理论方面的研究还相对较少。此外由于斜交网筒结构体系仅依靠结构自身“硬抗”能力的传统抗震设计方法难以满足斜交网筒结构体系在不同地震动水准作用下的性能需求,而结构振动控制技术改变了传统的抗震设计理念,是增强结构安全性和功能性的重要技术手段之一。为解决目前多高层斜交网筒结构体系的理论研究落后于工程实践的问题,本文分别对不同斜柱角度下斜交网筒结构进行线性分析,研究多高层斜交网筒结构体系的力学性能和抗震性能。鉴于实际工程中应用较多的被动粘滞质量阻尼器控振装置普遍存在自重较大,出力较小的不足,本文结合结构控制理论采用一种新型调谐惯性质量阻尼器TIMD(Tuned Inertia Mass Damper),基于该类阻尼器自重较轻、出力更大的特点,研究了高层斜交网筒结构基于TIMD的控震性能,主要研究工作有:1、对多层斜交网筒结构和多层框架核心筒结构进行竖向荷载和水平地震荷载作用下的受力分析,对比分析斜交网筒结构与框架核心筒结构抵抗变形的能力,以及各自的内力分布特点,研究表明,多层斜交网筒结构体系在竖向荷载和水平地震荷载下主要产生的内力效应为轴力,相较于多层框架核心筒结构具有抗侧性能好、传力路径直接有效等优点。2、对高层斜交网筒结构体系的抗震性能进行线性分析,分析地震作用下不同斜柱角度斜交网筒结构的抗侧移能力、内外筒刚度分布占比,考察了斜柱角度对结构抗震性能的影响,对斜交网筒结构基本受力模型进行分析,提出一种基于结构抗弯与抗剪刚度比值原则的最优斜柱角度确定方法,分析确定了十三层斜交网筒结构斜柱的最优角度区间,分析地震作用下不同斜柱角度斜交网筒结构内外筒剪力、弯矩分配特点,总结了结构空间协同工作性能3、对高层斜交网筒结构进行模态分析,通过计算各个模态位移在总位移中的占比并结合高层抗震设计规范确定主要模态,指出模态分析结果与时程分析结果产生误差的原因,对比分析不同斜柱角度下的斜交网筒结构的自振周期、周期比和阻尼比,考察不筒斜柱角度对结构地震耗能能力的影响,介绍了一种基于刚度设计原则确定斜交网筒结构截面尺寸的方法,分析了斜交网筒结构剪切变形和弯曲变形随高宽比的变化规律。4、介绍了两种不同调谐方式的调谐惯性质量阻尼器TIMD,包括电机调谐形成电磁惯性质量阻尼器EIMD(Electric Inertia Mass Damper)与粘滞材料调谐形成调谐粘滞质量阻尼器TVMD(Tuned Viscous Mass Damper),分别分析其基本力学性能与工作原理,基于基本力学性能对阻尼器的相关参数进行优化设计,明确等效质量系数与等效阻尼器系数等对阻尼器力学性能的影响规律,对十三层斜交网筒结构分别布置EIMD与TVMD,对比分析结构在无控和有控状态下的地震响应,通过计算减震率,分析EIMD与TVMD对结构的控震性能,总结了不同调谐方式下TIMD的优缺点。
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