应用于框架支撑式塔器的粘滞阻尼器性能研究

摘要

由于钢结构等材料的快速发展和结构设计的特殊需要，塔器高径比越来越大，结构变得越来越柔，阻尼比不断减小，这使得塔器在风载荷和地震载荷作用下更容易产生振（震）动，影响塔器的正常操作和安全运行。粘滞阻尼器是一种刚度、速度相关型阻尼器，被广泛应用于工程结构减振（震），但尚未在塔器中得以应用。因此，本文开展了粘滞阻尼器应用于框架支撑式塔器的性能研究，以期为框架支撑式塔器的减振（震）提供新思路和新方法。 本文以结构动力学理论为基础，依据弹性相似准则设计并制造了框架塔实验模型，设计了小型双出杆液体粘滞阻尼器用于实验研究。结合数值模拟研究了不同阻尼器参数条件下，粘滞阻尼器对框架塔动力学特性及减振效果的影响。结果表明：在风载荷和地震载荷作用下，安装粘滞阻尼器后可有效降低塔顶振幅和各关键部位应力。随着阻尼器相对刚度Kr的减小、相对阻尼系数Cr的增加和速度指数α的减小，阻尼器减振（震）效果随之增加。 在本文研究条件下，塔顶位移幅值和关键部位应力可分别降低80%以上，阻尼比增加4.5倍以上。并且随着相对阻尼系数Cr的增加和速度指数α的减小，系统动能KE、应变能SE和系统阻尼耗能NDE及占比均逐渐减小，而阻尼器耗能MDE及占比均逐渐增加，最大占比提高到60%以上。综合考虑各阻尼器参数对减振效果的影响，确定了阻尼器参数合理的取值范围为1.30＜Kr＜2、1.65＜Cr＜3.30和0.2＜α＜0.8，依据该取值范围可得到较优的减振（震）效果，并有较好的经济效益，可为粘滞阻尼器在框架塔中的减振（震）应用研究提供理论依据和参考。

目录

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第1章 文献综述

1.1课题研究背景

1.2塔器结构

1.3塔器风致振动研究

1.3.1结构风致振动

1.3.2塔器风致振动

1.4塔器地震震动研究

1.4.1地震的基本概念

1.4.2地震震动分析方法

1.5消能减振（震）技术研究

1.5.1消能减振（震）技术分类

1.5.2粘滞阻尼器的研究与应用

1.6 研究目的及研究内容

1.6.1研究目的

1.6.2研究内容

第2章 结构动力学理论及阻尼器耗能机理

2.1结构动力学理论

2.1.1共振反应

2.1.2横风向载荷模型

2.2粘滞阻尼器理论

2.2.1粘滞阻尼器作用机理

2.2.2粘滞阻尼器特点

2.3粘滞阻尼器计算模型

2.3.1线性模型

2.3.2非线性模型

2.3.3 Kelvin模型

2.3.4 Maxwell模型

2.3.5 Wiechert模型

2.3.6模型选择

2.4粘滞阻尼器能量耗散模型

2.5粘滞阻尼器参数分析

2.6本章小结

第3章 粘滞阻尼器的实验设计与研究

3.1实验模型设计

3.1.1框架塔模型

3.1.2阻尼器模型

3.2实验设计

3.2.1实验方案

3.2.2实验测试方法

3.2.3实验仪器

3.3实验结果与分析

3.3.1固有频率

3.3.2阻尼比

3.3.3横风向振动

3.4本章小结

第4章 风载荷作用下粘滞阻尼器减振效果研究

4.1数值模型建立

4.1.1模型简化

4.1.2模型验证

4.2.1框架塔阵型分析

4.2.2阻尼器布置方式的影响

4.3阻尼器参数对减振效果的影响研究

4.3.1阻尼器刚度Kd的影响

4.3.2阻尼系数Cd的影响

4.3.3速度指数α的影响

4.4本章小结

第5章 地震载荷作用下阻尼器减震效果研究

5.1地震载荷作用下塔器动力学响应分析

5.2阻尼器参数对减震效果的影响研究

5.2.1阻尼器刚度Kd的影响

5.2.2阻尼系数Cd的影响

5.2.3速度指数α的影响

5.3本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢