调谐质量阻尼器和屈曲约束支撑对高层钢框架的减震研究

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钢结构具有轻质高强、材质均匀、施工速度快、节能环保的优点,因此深受人们的喜爱。近几年,钢结构建筑在我国得到了快速发展,并将逐步替代混凝土结构,成为未来建筑结构的发展趋势。目前,利用消能减震技术对钢结构的减震控制研究在我国还比较少,针对这一现状,本文分别研究调谐质量阻尼器、屈曲约束支撑以及调谐质量阻尼器和屈曲约束支撑组合作用下对高层钢框架结构的减震控制效果,为今后的研究和工程应用提供一定的参考。  本文首先叙述了结构振动控制技术的理论以及钢结构在我国的现状和发展趋势,随后对调谐质量阻尼器和屈曲约束支撑的基本构造、减震机理、力学模型以及国内外的研究现状进行了详细介绍。  利用有限元分析软件SAP2000建立了20层钢框架的三维计算模型,对该结构进行模态分析,得出结构的自振周期、振型等基本性能参数,并依据规范选取了适合建筑场地类型的三条地震波。  对调谐质量阻尼器和屈曲约束支撑在SAP2000软件中的模拟方法进行了简要介绍,并对两种耗能元件的相关参数进行了计算。采用“非线性快速分析(FNA)”方法对高层钢框架结构进行罕遇地震作用下的非线性时程分析,分析中仅考虑了耗能元件的材料非线性。  输入地震波,分别对设置调谐质量阻尼器、设置屈曲约束支撑的高层钢框架结构进行时程分析,并与未设置耗能元件结构的地震响应数据和能量分配情况进行对比分析,得出了不同地震波作用下调谐质量阻尼器和屈曲约束支撑的减震效果及工作特性;随后,对同时设置调谐质量阻尼器和屈曲约束支撑的高层钢框架结构进行时程分析,通过与单独布置方案结构的地震响应数据和地震能量分情况进行对比,从而研究组合控制对高层钢框架结构的减震效果以及两种耗能元件工作的协调性。  研究结果表明,在高层钢框架结构中同时设置调谐质量阻尼器和屈曲约束支撑进行减震控制时,两种耗能元件可以较好地协同工作,消耗了大部分的地震能量,降低了结构自身的动能、势能和阻尼耗能,减小了结构的地震响应,取得了较好的减震效果,结构的抗震性能有了明显提高。
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