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1、博士學(xué)位論文摩擦擺支座單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)減震機(jī)理及抗震設(shè)計(jì)研究VIBRATIONREDUCTIONMECHANISMANDSEISMICDESIGNOFSINGLE-LAYERRETICULATEDDOMESWITHFRICTIONPENDULUMBEARINGS孔德文哈爾濱工業(yè)大學(xué)2015年06月國內(nèi)圖書分類號(hào)：TU311.3學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號(hào)：624密級(jí)：公開工學(xué)博士學(xué)位論文摩擦擺支座單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)減震機(jī)理及抗震設(shè)計(jì)研究博士研究生：孔德文導(dǎo)師：范峰教授副導(dǎo)師：洪漢平教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科：結(jié)構(gòu)工程所在單位：土木工程學(xué)院答辯日期：2015年06月授予學(xué)位單位
2、：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TU311.3U.D.C:624DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringVIBRATIONREDUCTIONMECHANISMANDSEISMICDESIGNOFSINGLE-LAYERRETICULATEDDOMESWITHFRICTIONPENDULUMBEARINGSCandidate：KongDewenSupervisor：Prof.FanFengAssociateSupervisor：Prof.HongHanpingAcademicDegreeAppliedfor：Doct
3、orofEngineeringSpeciality：StructuralEngineeringAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)作為一種典型的大跨空間結(jié)構(gòu)，具有跨度大、受力合理、造型優(yōu)美等特點(diǎn)，展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景，是許多地標(biāo)性建筑采用的建筑形式。由于此種結(jié)構(gòu)政治、經(jīng)濟(jì)意義突出，且往往是人口密集場(chǎng)所，所以對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)減震機(jī)理及抗震性能的研究工作顯得尤為重要。目前，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)
4、的研究成果主要集中在穩(wěn)定性、動(dòng)力性能及失效機(jī)理分析等方面，有關(guān)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的研究開展較少。摩擦擺支座（FPB）作為一種高效且完全被動(dòng)的摩擦滑移隔震裝置，應(yīng)用于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)引起一系列急需解決的關(guān)鍵問題，如網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)應(yīng)用FPB的可行性分析、結(jié)構(gòu)減震效果研究、FPB選取原則、結(jié)構(gòu)參數(shù)影響程度、支座設(shè)計(jì)以及FPB安裝設(shè)計(jì)等問題，本文正是將FPB精細(xì)化有限元模型應(yīng)用于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，并針對(duì)上述問題對(duì)設(shè)置FPB網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的減震機(jī)理及效果展開系統(tǒng)的研究。首先，分析了落地與帶下部支承FPB網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)減震機(jī)理與抗震性能，證明FPB結(jié)構(gòu)具有顯著的減震效果，并給出了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)選取FPB的基本原則。其次，針對(duì)網(wǎng)
5、殼結(jié)構(gòu)，基于傳統(tǒng)摩擦擺支座，設(shè)計(jì)了三種新型摩擦擺減震支座，通過理論和數(shù)值分析探討其減震機(jī)理，并通過數(shù)值算例驗(yàn)證了三種支座良好的減震性能；最后，從支座初始設(shè)計(jì)角度、布置方式以及安裝位置等三個(gè)方面對(duì)FPB的安裝設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，給出了FPB網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)建議，為FPB在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：1.摩擦擺支座減震機(jī)理及有限元建模從隔震和耗能減震兩方面分析了摩擦擺支座的減震機(jī)理，給出了摩擦擺支座結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程，建立了精細(xì)化的摩擦擺支座有限元模型，并通過已有試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了建模方法的合理性和正確性。2.摩擦擺支座網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗震性能研究將精細(xì)化摩擦擺支座有限元模型應(yīng)用
6、到落地單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中，從內(nèi)力、變形和穩(wěn)定性三方面分析了摩擦擺支座對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)靜力性能的影響，分析表明摩擦擺支座網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形增加，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能減弱，但加強(qiáng)最外環(huán)環(huán)桿能有效地減弱摩擦擺支座的不利影響。另外，從地震波和摩擦擺支座參數(shù)兩方面，研究了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗震性能的變化規(guī)律，給出地震波作用對(duì)摩擦擺支座網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)減震效果的影響規(guī)律，地震動(dòng)強(qiáng)度越大，F(xiàn)PB結(jié)構(gòu)減震效果越明顯；隨著摩擦擺支座摩擦系數(shù)的增加，F(xiàn)PB結(jié)構(gòu)減震效果先增強(qiáng)后減弱；FPB曲率半徑-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文越大，減震效果越好。通過對(duì)不同矢跨比、屋面荷載和跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)減震效果的研究，驗(yàn)證了不同結(jié)構(gòu)應(yīng)用FPB作
7、為減震設(shè)備的可行性。3.帶下部支承的摩擦擺支座網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗震性能研究將FPB安裝于柱頂與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)之間，分析柱支承FPB網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形以及穩(wěn)定性?？紤]了地震波、摩擦擺支座及上部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，得出的不同參數(shù)變化對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能的影響規(guī)律與落地網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)相似。此外，研究了柱高度和截面半徑變化時(shí)FPB網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的減震效果，研究顯示，F(xiàn)PB能延長結(jié)構(gòu)的自振周期，避免共振現(xiàn)象，進(jìn)而有效地減弱結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。4.新型摩擦擺支座研究基于摩擦系數(shù)影響規(guī)律，設(shè)計(jì)了一種變摩擦-摩擦
