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新型轨道非线性能量阱的试验探讨

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  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 日期:2024-11-09
  • 来源:上海论文网

工程论文哪里有?本文所推导出的力学模型及动力学方程,通过数值模拟得到的结果与试验结果数据吻合良好,验证了两者的合理性与正确性,为轨道NES的理论发展提供了坚实的基础。

第1章 绪论

1.2相关研究进展

1.2.1结构振动控制技术研究现状

面对自然灾害以及各种人为灾害,结构控制技术已广泛应用于建筑工程中,早期人们单纯依赖的增强建筑结构的刚度和强度已经被证明在成本效益以及不能满足人类舒适需求等方面存在局限性。结构控制技术可以有效提高结构的安全性能,减小外部荷载对建筑结构造成的损害。它分为被动控制、主动控制、半主动控制及和主动被混合控制[5–7]。近年来被动控制、主动控制和半主动控制已经成为了结构振动控制的主要方法[8]。其中,被动控制分为基础隔震、消能减震和吸能减震三种方法。

基础隔震主要依靠减隔震装置来延长主体结构的自振周期,减小外部荷载输入结构的能量和加速度,从而大幅而达到减振的目的。研究表明,基础隔震技术的适用面极广,不仅可以突破现行抗震规范中对建筑层数的限制,可以应用于底层、高层的建筑,还可以用于已有建筑的抗震加固和层间隔震[9]。但其不适用于抗风及竖向地震作用带来的振动,并且尽管采取基础隔震技术能够延长建筑结构地自振周期,从而在一定程度上降低地震对结构的破坏,但是在遭遇长周期地震波影响的区域,这种隔震技术的减震效果并不尽如人意。此外,隔震材料自重较大,对于施工过程也是极大的挑战。

第3章新型轨道非线性能量阱的数值模拟

3.2数值模拟结果分析

在建筑工程领域,加速度响应幅值(Peak Acceleration,PA)是一个关键的性能指标,其数值直接关系到结构所承受的惯性力大小,且常用于评估地震作用下的强弱程度。另一方面,加速度均方根(Root Mean Square of Acceleration,RMSA)作为表征随机振动试验中平均能量水平的参数,也对于衡量振动的整体效应有着重要的意义。因此,本文采用框架模型顶部的加速度响应幅值及加速度均方根变化作为评估轨道NES的减振效果η的指标。

3.2.1地震波的影响分析

在输入地震波峰值分别0.1-0.4g的情况下,讨论轨道NES对单自由度框架模型的减振效果。图3-1和图3-2分别列举了地震波El Centro及地震波Chi Chi波激励下结构在0.1-0.4g范围内,受控结构顶层的加速度响应时程曲线。

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第4章新型轨道非线性能量阱的振动台试验研究

4.1引言

经过前两章的理论与数值分析结果表明新型轨道NES对单自由度框架模型结构具有一定的减振效果。且国内外目前对于附加轨道NES的钢框架模型的模拟实例比较多,但在实际振动台试验的应用上还较少。为了进一步佐证并继续探究轨道NES系统的减振效果,以及其在实际工程应用中的减振情况,加深对轨道NES减振控制机理的认识,本章将新型轨道NES附加在一个已有的单层钢框架模型上进行地震波振动台试验研究。通过试验数据分析及数值模拟结果对比,验证了理论推导的合理性、数值分析的准确性以及轨道NES的可行性。本次振动台试验重点研究在地震波幅值、质量比以及阻尼特性变化的条件下,轨道NES对受控结构的振动控制影响。通过控制这些关键参数进行振动台试验,旨在深入探究轨道NES在不同工况下振动控制性能,为轨道NES的设计提供实际应用的依据。

4.2试验概况

4.2.1试验模型

为了能够更准确的反映轨道NES自身的性能特点,本实验选择了一个单自由度结构作为受控对象。本试验将一现有三层钢框架改造为单层。模型总高度3m,框架平面尺寸为1.4m×1.4m,立柱采用尺寸为5mm×80mm×80mm,长为3m的Q235方钢管。梁截面为150mm×75mm×5mm×7mm的HN型钢。将其1层所有横梁去掉,改为单层钢框架模型,框架模型正立面、侧立面分别见图4-1a和图4-1b。模型框架顶层放置21块尺寸为8mm×360mm×1475mm的Q235钢板用于配重,两端栓接于主梁上,即顶层附加质量为700kg。配重板与横梁通过8.8级M10结构螺栓进行连接。框架总质量为1.2t,放置在实验室振动台上如图4-1c。结构模型参数如表4-1所示。

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第5章结论与展望

5.2后续工作和展望

本文对新型轨道非线性能量阱的减振性能进行了初步探讨分析,仅从理论上、数值模拟及少部分试验研究进行了探究,研究的方法还有诸多不足之处。为了使轨道NES减振装置更加合理运用于实际工程中,还需对本文中的装置参数进行优化,具体如下:

(1)文中仅对装置附加在单层钢框架结构装置上进行试验模拟,后期还需考虑附加在多自由度结构上的减振性能,以全面反映轨道NES装置在多种结构系统中的减振效果;并且本文轨道NES装置运动方程的推导前提是使假设滚子的转角位移小量,忽略了滚子的实际运动情况,在外部激励较大、滚子半径较小的情况下,该种结构的运动方程不再成立,因此参数的选取还需另行考虑。

(2)本文仅考虑到单一水平方向的振动情况,没有考虑结构双向水平方向的情况,更没考虑到结构的扭转运动,不符合地震的随机性,后续需在多向运动情况下考虑装置的减振性能

(3)在实际工程中,附加的减振装置在地震激励作用下较大幅度的摆动会浪费建筑空间,并可能导致与周围结构构件之间的碰撞,因此,对减振装置与主体结构之间的相对位移进行更深入的研究进而优化装置设计;在考虑阻尼的影响时,仅对比了两种材质的质量块,后期需更换更多种类的材质进行试验研究,以期望得到最佳的减振材料

(4)根据已有的试验结果,并未明确得出轨道NES装置得最佳频率比、最佳质量比,后期需要继续寻找,为轨道NES做出更多的理论与数据支撑。


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