网壳结构的压电摩擦阻尼杆式构件及其减振控制性能

本项目采用新型被动压电摩擦阻尼器替代双层网壳结构中的部分杆件，对其进行减振控制。既不改变原结构的网格形式，又能充分利用被动压电摩擦阻尼器的可调滞回特性，可有效控制网壳结构在强烈振动下的响应。研究对于开发网壳结构的新型阻尼器，提高网壳结构的控制效果，提出网壳减振结构的实用设计方法，提高现役大跨网壳结构的抗震等级具有重要意义。本项目针对网壳结构的压电摩擦阻尼替代杆式构件及其减振控制性能展开理论分析、数值计算和实验研究工作。拟研制新型杆式被动可调压电摩擦阻尼器，建立阻尼器的恢复力模型，并进行阻尼器的力学性能实验，研究阻尼器的可靠性；建立杆式压电摩擦阻尼器和网壳减振结构的数值模型，基于已有的有限元软件，编制网壳减振分析的二次开发程序；探索杆式压电摩擦阻尼器在网壳结构中的布置原则及参数影响；进行网壳结构减振控制的振动台实验；提出基于性能的网壳减振结构的实用抗震设计方法。

本项目针对网壳结构的阻尼替代杆式减振控制及其性能共进行四部分的主要研究工作：压电摩擦阻尼器的构造设计及性能分析、网壳减振结构的动力分析及性能设计、网壳减振结构实验研究以及网壳减振结构的阻尼器布置研究。研究较为全面地分析了阻尼替代杆式网壳结构的动力特性及减振机理，对阻尼器的布置原则以及优化布置方式进行了深入的分析，并通过实验加以验证。采用新型压电摩擦阻尼器替代网壳结构的某些杆件，可以在不改变原来结构网格形式的条件下，对网壳结构进行有效的控制。提出了阻尼器的基本构造，对其力学机理进行了研究，并在此基础上建立了阻尼器的数值分析模型。在此基础上，建立网壳减振结构动力分析数值模型。对多种阻尼器布置方案的网壳结构模型进行了数值分析，分析阻尼器布置方式、布置数量、阻尼系数、阻尼器刚度以及结构参数对网壳减振结构动力响应的影响。对设置阻尼器的网壳结构进行了动力稳定性及失效的分析，编制程序进行结构动力全过程分析和性能设计。对压电驱动器进行性能实验，进而对压电摩擦阻尼器进行滞回实验，实现了多种滞回模型。在两种常用地震作用下对设置阻尼器的结构进行动力实验，对数值分析结果加以验证。采用特征值扰动法，并参考地震谱的概念，对网壳结构阻尼器最优布置位置进行灵敏度分析。