阻尼增强混凝土及其结构的减振研究及与数值模拟

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如果通过在混凝土材料中掺入某些功能掺料使得土木工程结构具有较大的阻尼特性,则可在不改变结构形式和设计方法的前提下,使结构具有良好的抗震抗风性能。本文力图发展纤维增强阻尼混凝土及自减振结构,重点研究纤维混凝土的阻尼增强效应,表面改性技术对纤维混凝土的阻尼增强效应以及数值模拟高阻尼自减振结构在地震作用下减振效应。本文的主要研究内容包括:  首先,在不同种类外加纤维对混凝土阻尼性能影响研究的基础上,拟采用我们课题组自主开发的混凝土阻尼测试装置,研究聚丙烯腈纤维在不同配合比、不同湿度、不同孔隙的条件下对于混凝土阻尼特性的影响,并初步探讨阻尼增强机理,研究结果表明,随着纤维掺量和引气剂掺量的增加,混凝土的损耗因子逐渐增大,但是考虑搅拌工艺、成本等条件,纤维和引气剂有一个最优掺量;全湿状态下混凝土的阻尼能力优于全干状态,半干半湿状态下由于存在界面层混凝土材料的阻尼值最大。  其次,本课题拟采用的表面改性技术有硅烷化、硫酸化等,主要对超细的硅粉和碳纤维进行表面改性,以达到提高增强材料与水泥水化物的界面接触和搭接,从而进一步提高纤维增强混凝土的阻尼性能,研究结果表明,与未改性纤维混凝土相比,各种改性方法均有利于提高纤维混凝土的耗能能力,其中硅粉和碳纤维的硅烷化更加有效。  第三,用ANSYS软件对单层混凝土框架结构振动台实验进行模拟,首先确定结构的阻尼比、刚度等动力参数;然后通过输入El-Centro波、Taft波和天津波等地震波比较不同阻尼比的框架结构在地震作用下的相对位移和绝对加速度反应,最后与单层阻尼增强混凝土框架结构振动台实验结果进行对比。研究表明,数值模拟的相对位移与绝对加速度时程曲线与实验采集的相应时程曲线相比,总体变化趋势一致。  最后,为了考察阻尼增强与表面改性技术对混凝土结构的减振效果,本文对素混凝土、掺硅粉的混凝土以及掺表面改性硅粉增强混凝土的框架结构在小震作用下进行动力分析。研究结果表明,掺表面改性硅粉的混凝土在小震作用下弹性范围内的耗能能力要比掺未改性硅粉混凝土的耗能能力强,二者均可以提高素混凝土框架的耗能能力。
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