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研究生:邱舶凱
研究生(外文):Po-kai Chiu
論文名稱:使用高效能阻尼消能機構於鋼筋混凝土結構系統分析
論文名稱(外文):The Analyses of Reinforced Concrete Structural Systems with Advanced Damping Mechanism
指導教授:邵可鏞
指導教授(外文):Ko-Young Shao
學位類別:碩士
校院名稱:義守大學
系所名稱:土木與生態工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:116
中文關鍵詞:液態黏性阻尼器消能元件高效能阻尼消能機構結構控制
外文關鍵詞:viscous dampingstructural controldamperadvanced damping mechanism
相關次數:
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本研究分析與探討鋼筋混凝土結構系統加裝高效能阻尼機構之影響。由於結構物本身含有剪力牆及非結構鋼筋混凝土牆,使的結構物本身具有高勁度,使得受地震力、風力等側向力的反應下造成結構層間位移量不大,比較高樓層與低樓層其所造成層間位移差異非常大,高樓層其層間位移對低樓層來的大,若採用傳統對角斜撐方式裝設阻尼器,則使阻尼器兩端之相對位移量不大,這樣促使阻尼器所產生之阻尼力就不大而無法有效產生消能效果,為使阻尼器有效發揮消能功效,採用本研究所提出的高效能阻尼增進機構,來增加阻尼器兩端之相對位移量,利用機構幾何形狀的改變將其放大之特性,以增加阻尼系統的減震效果可提昇新建、補強及修復等結構之耐震能力,將建築結構在地震力作用下之振動量大幅降低至可容許之範圍內,以確保人員與結構之安全,進而減緩地震之災害,使其也不需使用較大阻尼力之阻尼器就可以有效降低層間位移以減少結構因受側向力所造成梁柱接頭的破壞。本研究是利用有限元素軟體(SAP2000)來進行分析,針對鋼筋混凝土結構加裝高效能阻尼增進機構進行對其減震效能分析。
The purpose of this study is to investigate the energy dissipation analyses of reinforced concrete structural systems with advanced damping mechanism. The energy of the vibrating system is dissipated by various damping mechanisms. As a result, the damping in actual structures is usually represented in a highly idealized manner. For many purposes the actual damping can be idealized satisfactorily by a linear viscous damper or dashpot. The damping coefficient is selected so that the vibration energy dissipation is equivalent to the energy absorbed in all the damping mechanisms. In combination, it presents in the actual structures. The equivalent viscous damper is intended to model the energy dissipation. Therefore, the energy dissipation at the deformation amplitudes within the linear elastic limit of the overall structure can be represented properly. Over this range of deformations, the damping coefficient c determined from experiments may vary with the deformation amplitudes. This nonlinearity of the damping property is usually not considered explicitly in dynamic analyses. It may be handled indirectly by selecting a value for the damping coefficient that is appropriate for the expected deformation amplitude. The damping coefficient is usually taken as the deformation associated with the linearly elastic limit of the structure. The larger deformation related with the more energy dissipated can be assumed. New damping equipments have been generated to amplify the deformation of the structure.
中文摘要I
英文摘要II
誌謝III
總目錄IV
圖目錄VIII
表目錄XI
第一章、緒論1
1.1 前言1
1.2 研究動機及目的2
1.3 研究方法及內容3
1.4 研究架構及流程4
第二章、文獻回顧6
2.1 相關研究6
2.2 液態黏性阻尼器8
2.2.1 液態黏性阻尼器力學行為9
2.3 液態黏性阻尼器等效阻尼比之規範10
2.3.1 黏性阻尼器所提供之阻尼比10
2.3.2 多自由度結構系統含液態黏性阻尼器有效阻尼比14
2.4 位移放大因子15
2.5 含阻尼單自由度結構系統20
2.6 有限元素分析軟體介紹24
第三章、高效能阻尼消能機構之理論27
3.1 高效能阻尼消能機構靜力推導27
3.2 高效能阻尼消能機構之位移放大因子30
3.3 高效能阻尼消能機構於單自由度系統中之修正36
3.4 高效能阻尼消能機構於單自由度系統有效阻尼比推估38
3.5 高效能阻尼消能機構安裝方式與注意事項40
第四章、分析結果與比較42
4.1 鋼筋混凝土樑柱系統模型42
4.1.1 鋼筋混凝土樑柱系統考慮材料線性之靜力分析與驗證45
4.1.1.1 鋼筋混凝土樑柱系統含高效能阻尼消能機構考慮材料線性之靜力分析47
4.1.2 鋼筋混凝土樑柱系統動力分析之驗證49
4.2 鋼筋混凝土樑柱系統模型之動力分析51
4.2.1 鋼筋混凝土樑柱系統模型之外力頻率與阻尼比關係53
4.2.2 鋼筋混凝土構架之有效阻尼比55
4.2.3 鋼筋混凝土構架加上消能機構改變阻尼比之動力分析55
4.2.4 鋼筋混凝土構架加上消能機構之動力分析59
4.2.4.1 鋼筋混凝土構架加上消能機構之動力分析(外力振動頻率20.5rad/sec時之最大地表加速度0.33g之歷時)62
4.2.4.2 鋼筋混凝土構架加上消能機構之動力分析(外力振動頻率5rad/sec時之最大地表加速度0.33g之歷時)68
4.2.4.3 鋼筋混凝土構架加上消能機構之動力分析(外力為 EL-Centro地震之最大地表加速度0.33g之歷時)72
4.3 小結82
第五章、結論83
5.1 結論83
5.2 建議84
參考文獻85
附錄A 高效能阻尼消能機構之靜力推導88
附錄B 線性相關分析96
附錄C 動力驗證相關分析102
圖目錄
圖1-1、研究之架構與流程5
圖2-1、液流阻尼器之阻尼力與速度關係(摘自文獻【13】)10
圖2-2、受簡諧運動之單自由度結構系統1
圖2-3、與示意圖(摘自文獻【18】)12
圖2-4、單自由度結構模型14
圖2-5、高樓層與低樓層受力後層間位移是意圖16
圖2-6、傳統對角斜撐模式17
圖2-7、傳統對角斜撐受力後變形17
圖2-8、K型斜撐模式 17
圖2-9、K型斜撐模式受力後變形17
圖2-10、肘型斜撐模式18
圖2-11、肘型斜撐模式受力後變形18
圖2-12、菱形機構模式19
圖2-13-a、對角斜撐位移放大因子19
圖2-13-b、菱形機構位移放大因子19
圖2-13-c、菱形機構模式受力後變形19
圖2-14、增效式阻尼裝置模式20
圖2-15、增效式阻尼裝置模式受力後變形20
圖2-16、質量-彈簧-阻尼系統示意圖23
圖2-17、非線性元素示意圖25
圖2-18、元素的節點力與節點變位26
圖3-1、高效能阻尼消能機構示意圖27
圖3-2、高效能阻尼消能機構簡圖28
圖3-3、A點自由體圖 29
圖3-4、B點自由體圖 29
圖3-5、C點自由體圖 30
圖3-6、D點自由體圖 30
圖3-7、高效能阻尼消能機構受力後位移示意圖31
圖3-8、簡化後高效能阻尼消能機構受力後位移示意圖31
圖3-9、位移放大因子與角度關係圖36
圖3-10、高效能阻尼消能機構於單自由度系統36
圖3-11-a、高效能阻尼消能機構位移放大因子37
圖3-11-b、對角斜撐位移放大因子37
圖3-11-c、高效能阻尼消能機構於單自由度系統應用其位移放大因子38
圖4-1、鋼筋混凝土樑柱構架斷面尺寸44
圖4-2、有限元素分析鋼筋混凝土純構架模形44
圖4-3、鋼筋混凝土純構架節點2處載重輸入值45
圖4-4、為邊界條件之設定46
圖4-5、鋼筋混凝土梁柱構架含高效能阻尼消能機構模型與輸入外力47
圖4-6、鋼筋混凝土梁柱構架含高效能阻尼消能機構受力後之變形48
圖4-7、有限元素分析軟體(SAP2000)模態分析49
圖4-8、週期力50
圖4-9、SAP2000分析解、理論解動力分析 51
圖4-10、5sin20.5t週期力之最大地表加速度歷時52
圖4-11、EL-Centro地震之最大地表加速度為0.33g歷時52
圖4-12、結構阻尼比與位移之關係(20.5rad/sec時)54
圖4-13、構架含阻尼效能提升機制之簡圖 57
圖4-14、鋼筋混凝土樑柱構架在不同結構阻尼比與最大位移關係58
圖4-15、鋼筋混凝土樑柱構架在不同結構阻尼比與最大速度關係58
圖4-16、鋼筋混凝土樑柱構架在不同結構阻尼比與最大加速度關係59
圖4-17、鋼筋混凝土構架含阻尼斜撐60
圖4-18、鋼筋混凝土構架含肘型斜撐60
圖4-19、鋼筋混凝土構架含菱型機構61
圖4-20、鋼筋混凝土構架含高效能阻尼消能機構(裝設方式為對角時)61
圖4-21、純構架與構架含阻尼斜撐位移量比較(外力振動頻率 20.5rad/sec時之最大地表加速度0.33g時)64
圖4-22、純構架與構架含肘型斜撐位移量比較(外力振動頻率 20.5rad/sec時之最大地表加速度0.33g時)64
圖4-23、純構架與構架含菱形機構位移量比較(外力振動頻率 20.5rad/sec時之最大地表加速度0.33g時)65
圖4-24、純構架與構架含高效能阻尼消能機構位移量比較(外力振動頻率20.5rad/sec時之最大地表加速度0.33g時)65
圖4-25、純構架與構架含阻尼斜撐之柱剪力比較(外力振動頻率 20.5rad/sec時之最大地表加速度0.33g時)66
圖4-26、純構架與構架含肘型斜撐之柱剪力比較(外力振動頻率 20.5rad/sec時之最大地表加速度0.33g時)67
圖4-27、純構架與構架含菱形機構之柱剪力比較(外力振動頻率 20.5rad/sec時之最大地表加速度0.33g時)67
圖4-28、純構架與構架含高效能阻尼消能機構之柱剪力比較(外力振動頻率20.5rad/sec時之最大地表加速度0.33g時)68
圖4-29、純構架與含阻尼斜撐位移量比較(外力振動頻率5rad/sec時之最大地表加速度0.33g時)70
圖4-30、純構架與含肘型斜撐位移量比較(外力振動頻率5rad/sec時之最大地表加速度0.33g時)70
圖4-31、純構架與含菱形機構位移量比較(外力振動頻率5rad/sec時之最大地表加速度0.33g時)71
圖4-32、純構架與含高效能阻尼消能機構位移量比較(外力振動頻率5rad/sec時之最大地表加速度0.33g時)71
圖4-33、純構架與構架含阻尼斜撐位移量比較(EL-Centro地震之最大地表加速度0.33g時)75
圖4-34、純構架與構架含肘型斜撐位移量比較(EL-Centro地震之最大地表加速度0.33g時)75
圖4-35、純構架與構架含菱形機構位移量比較(EL-Centro地震之最大地表加速度0.33g時)76
圖4-36、純構架與構架含高效能阻尼消能機構位移量比較(EL-Centro地震之最大地表加速度0.33g時)76
圖4-37、純構架與構架含阻尼斜撐之柱剪力比較(EL-Centro地震之最大地表加速度0.33g時)77
圖4-38、純構架與構架含肘型斜撐之柱剪力比較(EL-Centro地震之最大地表加速度0.33g時)77
圖4-39、純構架與構架含菱形機構之柱剪力比較(EL-Centro地震之最大地表加速度0.33g時)78
圖4-40、純構架與構架含高效能阻尼消能機構之柱剪力比較(EL-Centro地震之最大地表加速度0.33g時)78
圖4-41、構架含阻尼斜撐之阻尼器產生遲滯迴圈(EL-Centro地震之最大地表加速度0.33g時)79
圖4-42、構架含肘型阻尼斜撐之阻尼器產生遲滯迴圈(EL-Centro地震之 最大地表加速度0.33g時) 80
圖4-43、構架含菱形機構之阻尼器產生遲滯迴圈(EL-Centro地震之最大地表加速度0.33g時)80
圖4-44、構架含高效能阻尼消能機構之阻尼器產生遲滯迴圈(EL-Centro地震之最大地表加速度0.33g時)81
表目錄
表3-1、不同模式其位移放大因子39
表4-1、鋼筋混凝土純構架受外力與位移之分析結果 46
表4-2、鋼筋混凝土純構架與含高效能阻尼消能機構受外力與位移之比較48
表4-3、鋼筋混凝土樑柱構架所受之外力震動頻率與在不同結構阻尼比其產生位移關係54
表4-4、構架受週期力外力振動頻率20.5rad/sec時之最大地表加速度 0.33g之歷時分析結果66
表4-5、構架受週期力振動頻率5rad/sec時之分析結果72
表4-6、構架受EL-Centro地震之最大地表加速度0.33g時分析結果79
中文部份:
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