等效线性的基础隔震建筑的动力响应

利用随机等儿线性化方法,本文分析了地震激励下多隔震建筑结构的动力响应。文中采用的地震波为过滤高斯白噪声,上部结构及叠层橡胶隔震器为线弹性,铅阻尼器为双线性恢复力模型,对隔震系统线性化后,推导了隔震结构的相对位移及绝对加速度的响应有达式,并通过算例讲座了地震波输入功率谱密度及场地卓越频率对结构响应的影响。     

周期结构空腹梁的动态特性研究

设计了一种内部周期性挖空的梁，它在中高频具有良好的带通和带阻特性，带阻频率范围内的弹性波不能传播。空腹梁由周期单元串联而成，把周期单元分解成薄梁和刚性联接杆等子结构，推导了Timoshenko梁纵向、弯曲振动导纳，给出了刚性联接杆振动导纳，利用传递矩阵法计算得到了周期结构空腹梁的力传递率和带隙位置。数值模拟计算表明，当激励频率在周期结构的阻带之内时，周期结构空腹梁上的位移响应和传递到基础的力响应将大大衰减。     

冲击载荷下周期性层状管结构中应力波衰减特性研究

利用分离式霍普金森压杆试验装置(SHPB)开展了周期性层状管结构的动态冲击试验,结合有限元数值仿真研究了冲击载荷作用下周期性层状管结构中瞬态应力波传播与衰减特性。基于固体晶格能带理论,研究了周期性层状管结构的带隙特性,阐明了能带结构与应力波频谱衰减区域的对应关系,分析了层状管的材料和结构参数对带隙的影响。研究结果表明,周期性层状管结构具有良好的冲击应力波衰减特性和抗冲击性能,其应力波衰减特性主要由其带隙引起,层状管的材料和结构参数对带隙的频率范围和宽度具有有效的调节作用。该研究工作可以为工程抗爆抗冲击提供新思路。     

基础隔震结构的运动方程与阻尼矩阵在动力响应分析中的适用性研究

结构阻尼模型和运动方程是影响结构抗震动力分析精度的关键因素。由于基础隔震结构地震响应具有显著的特殊性,因此普通非隔震结构地震响应算法未必适用。基于这一认识,重点研究基础隔震结构动力分析方法中采用的各种模型,考虑基于不同地震动输入的结构阻尼模型和运动方程。研究发现,采用现有常规方法构造隔震结构阻尼模型时,上部结构会随着隔震支座发生刚体位移时产生阻尼力,这将可能导致计算精度的显著降低。针对这一问题,提出了确定基础隔震结构阻尼矩阵的一般方法,给出了基于上部结构阻尼矩阵和隔震层阻尼常数的通用表达式。采用隔震结构剪切型模型,给出了结构矩阵的解析表达式,并以此为基础进行了算例验证。研究结果表明,目前常用的隔震结构阻尼模型可能会高估结构的阻尼作用,从而低估结构响应;采用位移输入模型会高估隔震层相对位移、低估上部结构响应,当隔震层等效阻尼比达到0.3时,相对偏差可达到34.6%和-31.1%,而采用位移-速度输入模型可得到与加速度输入模型一致的分析结果,故应采用位移-速度输入模型代替传统的位移输入模型。     

偏压隧道模型振动台试验与数值模拟研究

根据动力模型试验相似关系,设计了一个比尺为1∶10的偏压隧道模型,开展大型振动台模型试验,研究地震作用下偏压隧道加速度动力响应规律,模型试验以汶川波作为输入波,采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向3种加载方式。利用MIDAS/NX有限元软件进行数值模拟,并与模型试验结果对比分析。研究表明:衬砌测点的加速度时程曲线与输入地震波特征相似,卓越频段和傅氏谱谱值都增大。X向激振时,加速度放大效应不明显且放大系数随激振幅值的增大而略有减小;竖向波对衬砌加速度动力响应影响明显大于水平地震波,表现为加速度放大效应显著;XZ双向激振时,相比于单向波而言测点加速度放大系数有增大、也有减小,与测点位置有关,临近边坡侧测点竖向加速动力响应较大,非偏压侧拱脚和拱顶是抗震设计的重点;数值模拟与试验结果在变化趋势上相近,数值上拟合程度高,在输入Amax0.2g时,模拟结果误差较小,随输入加速度峰值的增大误差增大。     

三韧带手性结构的振动带隙特性

近年来，手性结构因其独特的几何形状和结构性能，而备受关注。Bloch定理被广泛应用于周期结构的研究之中，使用该方法对三韧带手性胞元的能带特性进行分析，并通过对手性结构模型的数值仿真，验证该方法的高效和正确性。结果显示，当振动频率处于结构的带隙范围内时，手性结构具有良好的振动衰减特性。由此进一步对手性胞元的几何形状进行参数研究，分析其对带隙的分布的影响，从而得到结论，适当地选择几何参数可以调节带隙的出现频率。     

420kV避雷器振动台抗震试验

通过对420 k V避雷器设备进行模拟振动台抗震试验,对其抗震性能提出评价。首先利用白噪声激励扫频得到实际设备的自振频率,进而分析结构的动力特性,同时对设备分别输入EL Centro波、汶川波和人工波,测定模型在不同地震作用下关键部位加速度、应变等主要参数,考核设备的抗震性能以及支架与上部设备的连接受力性能。试验结果表明,在不同的地震波作用下,输入不同地震波加速度峰值时,420 k V避雷器设备无结构损伤,具有一定的抗震能力,为后期评定避雷器设备的抗震性能提供一定的理论参考。     

黏滞阻尼器-基础隔震混合体系优化研究

针对隔震层设置黏滞阻尼器的基础隔震结构,提出了非支配排序遗传算法-Ⅱ(NSGA-Ⅱ)的黏滞阻尼器的参数多目标优化方法。采用Bouc-Wen模型模拟隔震层的力-变形行为,建立受控结构运动方程,并进行非线性时程分析,选用隔震层位移及上部结构顶部相对隔震层位移为优化目标,采用NSGA-Ⅱ遗传算法优化得Pareto最优前沿解集。以某六层基础隔震结构为例进行数值分析,通过分析隔震层振动响应的快速傅里叶变换(FFT)谱及反应谱,以及通过调整优化目标的约束条件及参数的优化范围,利用NSGA-Ⅱ算法获得了较为集中的阻尼器参数分布,然后通过其它地震波验证了黏滞阻尼器的减震效果。结果表明,优化所得阻尼器能有效减少了隔震层的位移;当优化所得阻尼器对上部结构地震响应不利时,可通过降低阻尼器的减震效果使上部结构地震响应控制在合理范围内;不同地震波作用下阻尼器减震效果存在差异,在第一周期范围内,当隔震层的激励频率趋向低频时,阻尼器对隔震层位移控制效果越好;阻尼器减震效果与隔震层的附加阻尼有关,提供过大的附加阻尼比对上部结构较高阶动力反应不利;设计者基于隔震层位移控制的阀值及缩小的阻尼器参数优化范围,可获得应用于实际工程的阻尼器参数。     

周期结构机械滤波器对浮筏隔振系统传递特性的影响

弹性波在周期性结构中传播时会形成特殊的阻带和通带结构。当弹性波的频率处于阻带范围内时,弹性波及振动是不允许传播的。根据这一性质,设计一种虚拟的周期结构机械滤波器,用于浮筏隔振系统中的下层隔振器和基座间,通过改变从机组到基座之间的传递特性,使浮筏隔振系统中与激励频率相近、并和舱段壳体振动相关的固有频率和激励频率错开。利用传递矩阵法研究浮筏隔振系统下层隔振器和基座间插入周期结构机械滤波器后的传递特性和动态响应,通过研究表明:当激励频率在周期结构的阻带之内时,基座的位移响应,力响应和功率流响应将大大减小。     

实心结构古塔模型频域地震响应试验研究

为研究地震作用下实心结构砖石古塔的频域地震响应与破坏机制,进行了兴教寺玄奘塔1/8比例模型振动台试验,观察结构的破坏特征,测试结构的加速度与位移反应并分析自振频率的变化特征,对比单向EL-Centro波与天津波作用下的加速度及位移频域响应曲线,分析了古塔结构频域地震响应的规律及其影响因素。结果表明:地震波激励下古塔结构模型第1层至第3层出现水平及斜向裂缝,当古塔结构发生地震损伤后,自振频率随之降低;古塔频域地震响应峰值的分布及其所对应的频率与结构的动力特性、地震波的频谱特性有关。因此,地震作用下实心砖石古塔结构频域地震响应与结构损伤程度密切相关。