基于结构安全性的自振频率控制方法的研究

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对处于较高地震烈度区、承受动力荷载作用、内置或外置有动力设备的建、构筑物而言,结构与环境的频率遇合是工程设计中所必须要考虑的问题之一。随着高耸和长跨结构的逐渐增多,这一问题已愈加成为结构工程领域中的一个重要课题。解决这一问题的通常做法,主要是通过提高结构物的抗力储备、隔离振动源或加大结构阻尼等方法,来消减由于频率遇合所造成的结构安全性降低的问题。 本文提出了通过调整结构的设计参数,进行结构自振频率的控制,进而避免结构与环境频率相遇合的新途径。 文中主要分析了剪力墙的数量和厚度、梁柱截面尺寸、斜撑支撑方法、结构顶部质量、结构重心位置、混凝土强度等级以及结构高度等参数对结构自振频率的影响,以及这些参数对结构自振频率影响的灵敏性问题。 通过大量的计算分析,论文得出了若干提高结构自振频率的规律: 1)降低结构重心 重心的降低能显著地提高结构的自振频率。两个形状相近的结构,重心越低,频率越大。 2)增加斜撑 增加斜撑是提高结构的整体刚度的有效措施之一。斜撑支点的高度和斜撑与地面所成的角度不同,对结构整体刚度影响也是不一样的。支点高,对结构整体刚度的贡献大;但当斜撑自身的长度增加时,斜撑的柔性可能会抵消部分有利于提高结构频率的因素。 3)减小上部集中质量 结构上部,特别是顶部的质量对结构的自振频率影响较大。对于高耸结构,减小顶部质量能明显的提高结构的自振频率。 4)增大截面惯性矩 对于框架结构,可以从增加梁、柱界面尺寸着手来提高结构的自振频率。 5)增加剪力墙的厚度或数量 对于框一剪结构或剪力墙结构,可通过增加剪力墙的数量和厚度来提高结构的自振频率。 利用上述方法,分别对商丘、郑州和驻马店三座新一代多普勒雷达塔的自振频率进行了分析和调整,使其最终满足了雷达对雷达塔的频率要求。 本论文的计算工具采用的是国际通用结构计算软件ANSYS。并在所有的算例中,均进行了有限元的收敛性验算。
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