基于黏滞阻尼器的连续梁桥减震控制振动台试验研究

目前国内外高烈度设防区域的很多桥梁均安装了黏滞阻尼器用于减震控制,其设计与布置均依据动力弹塑性理论分析和数值模拟,不仅缺乏振动台试验的验证,同时减隔震桥梁经历地震考验的相关工程实例也很少。设计并制作了孔隙式黏滞阻尼器,通过循环往复加载试验获得了其滞回曲线,进而将其安装在一座连续梁桥缩尺模型上进行了振动台试验,通过试验验证了其减震控制效果。试验结果表明:黏滞阻尼器的阻尼力随着频率的增大而增大,实测滞回曲线接近于椭圆;黏滞阻尼器对连续梁桥固定墩墩底应变和墩顶位移及活动支座的纵向位移响应均有良好的减震控制效果,不同地震波输入下的减震率有所不同,最大减震率达到50%以上。     

带黏弹性阻尼器结构振动台试验数值模拟

该文利用Open Sees对一座三层带黏弹性阻尼器钢框架结构进行振动台试验的数值模拟,以此验证黏弹性阻尼器力学模型及分析方法的正确性。首先介绍了振动台试验,总结了黏弹性阻尼器耗能特征及减震效果;然后利用Bouc-Wen模型模拟黏弹性阻尼器的力学性能,在Open Sees中进行非线性动力时程分析模拟振动台试验;最后将数值模拟结果和试验结果进行对比分析。结果表明,模拟结果和试验结果在结构动力特征和结构响应上均吻合良好,因此验证了黏弹性阻尼器力学模型及分析方法的正确性。     

考虑土-结相互作用的黏滞阻尼器减震结构振动台试验研究

通过对黏滞阻尼器消能减震钢框架结构模型在刚性地基和群桩地基条件下进行对比振动台试验,研究土-结动力相互作用(SSI)对阻尼器减震效果的影响。根据量纲分析法确定了试验模型与原型的相似关系。采用粉质黏土作为试验用土,采用叠层剪切型土箱以减轻边界的影响。上部结构为5层钢框架,消能元件为黏滞阻尼器。通过振动台试验获取了不同地震输入下减震结构及非减震结构在不同基础条件下的动力特性、楼层加速度及位移的地震反应数据。对于桩基础模型,测量了桩身应变及桩土接触面的压力值。试验结果表明:对于非减震结构,SSI效应使结构体系的阻尼比有较大的提高,而对于减震结构,SSI效应对结构体系的阻尼比影响则不大;SSI效应对结构楼层加速度反应具有显著的影响,其对上部结构地震反应的主要影响体现为减震效应,且随着地震输入量级的增大,减震效应愈大,群桩基础上阻尼器的减震效率与刚性地基相比具有较大程度的下降;对于桩基础结构,阻尼器在降低上部结构反应的同时,减小了桩基础的地震反应,上部结构和基础两个方面的安全性都得到了提高。     

颗粒阻尼器布置方案对其减震效果影响研究

为明晰建筑结构用颗粒阻尼器布置方案对其减震控制效果的影响规律。以某1∶30比例缩尺钢筋混凝土框架结构为研究对象,设计制作了可用于缩尺模型的刚性连接颗粒阻尼器,结合建筑结构减震需求,对颗粒阻尼器的布置方案进行了设计,通过振动台试验研究了布置位置和阻尼器数量等参数对颗粒阻尼器减震控制效果的影响。结果表明:颗粒阻尼器布置位置处的结构均方根位移响应和峰值位移响应均有所降低,阻尼器减震控制效果良好;阻尼器布置位置对颗粒阻尼器减震控制效果影响显著,阻尼器宜布置于结构位移响应较大的位置,合理的阻尼器布置方案能够有效地控制结构的扭转响应;随附加颗粒阻尼器数量的增加,颗粒阻尼器对结构位移响应的减震控制效果提高,建筑结构可用附加质量比范围内,阻尼器布置数量越多,减震控制效果越好。     

下部减震层间隔震结构振动台试验研究

层间隔震体系是基础隔震体系的发展与延伸,作为一种复杂结构体系,以往的研究仅限于探讨隔震层参数对地震响应及减震效果的影响,本文首次进行了下部结构附加黏滞阻尼器的层间隔震结构振动台试验研究。设计了1个四层的钢框架模型,首先进行了基础固接及1层顶隔震的振动台试验研究,其次,在1层顶隔震的基础上,在下部结构附加了黏滞阻尼器进行下部减震层间隔震结构的振动台试验研究,测定结构的加速度、层间位移及层剪力系数。试验结果表明,下部减震是在层间隔震基础上进一步提高隔震减震效果,降低结构地震响应行之有效的策略。本文还建立了层间隔震结构的有限元模型,将有限元分析结果与试验结果进行了对比。     

颗粒阻尼器对长周期桥梁结构的减震控制效果研究

为了研究颗粒阻尼器在长周期桥梁结构中的减震控制效果及其减震机理,以某典型的非对称独塔自锚式悬索桥为原型,设计制作了该桥的1:20缩尺模型,并设计制作了可用于试验模型的多层隔舱式颗粒阻尼器,对设置颗粒阻尼器前后的模型桥进行地震模拟振动台阵试验。试验结果表明:所提出的多层隔舱式颗粒阻尼器在试验中未出现颗粒堆积现象,其对缩尺模型桥主梁的纵向地震响应具有良好的减震效果,能较大幅度降低主梁位移峰值响应和加速度均方根响应;该型阻尼器能显著增加主梁纵向振动(低频振动方向)的等效阻尼比,且对其纵向振动基频具有较显著的调谐作用;多层隔舱颗粒阻尼器能有效控制长周期桥梁的低频动力响应,可应用于长周期工程结构的减震控制中。     

连接刚度对调频型颗粒阻尼器减震控制效果影响研究

为明确连接刚度对调频型颗粒阻尼器(Tuned Particle Damper,TPD)减震控制效果的影响,确定实际可用的较优的阻尼器连接刚度范围,设计制作了某钢筋混凝土框架结构1∶30缩尺试验模型及可用于该试验模型的调频型颗粒阻尼器,设计了不同的TPD连接刚度,通过系列振动台试验研究了连接刚度对该型阻尼器减震控制效果的影响。结果表明:合理设计的TPD能有效降低地震荷载作用下结构的位移响应;TPD与受控结构的连接刚度对TPD减震控制效果影响显著,TPD自振频率与结构控制方向基频之比在0.90~1.10内,TPD减震效果较优。     

基于建筑需求的新型黏滞阻尼器开敞式布置机构研究

黏滞阻尼器耗能减震结构的减震效果与阻尼器在结构中的安装方式密切相关,已有黏滞阻尼器布置机构主要考虑结构减震需求和安装连接简单方便,而未考虑建筑需求。针对现有黏滞阻尼器布置机构占用结构框格内空间、阻碍视野的不足,提出了一种新型黏滞阻尼器开敞式布置机构。介绍了开敞式布置机构的构造与工作原理,并对机构的力学性能进行理论分析,推导了位移放大系数和等效阻尼比计算公式。设计并制作了一个设置黏滞阻尼器开敞式布置机构的钢框架试件,给试件施加正弦位移激励,分析了开敞式布置机构在动力作用下的受力性能,以及在不同位移幅值、频率工况下,框架侧移与阻尼器两端相对位移之间的关系,验证了该文提出的位移放大系数计算公式的准确性。采用SAP2000对比分析了一个无控钢框架结构,以及设置阻尼器对角布置机构和开敞式布置机构后的减震性能,验证了该新型布置机构在实际工程中应用的可行性。     

附加黏弹性阻尼器的钢框架结构减震性能研究

定义未加黏弹性阻尼器的结构为原结构,附加黏弹性阻尼器的结构为消能减震结构。建立12层钢框架结构模型并计算其恢复力特性,根据原结构以及采用分数微分方法计算的消能减震结构的振动微分方程,分别编制两种结构的弹塑性时程分析程序,计算在多种地震动作用下的地震反应,并对两者的能量分配进行比较分析。对消能减震结构中黏弹性阻尼器的不同布设方式以及投放量进行研究,得出阻尼器投放量与楼层的相关性并进行验证。结果表明,黏弹性阻尼器不仅具有很好的减震效果,而且可以根据阻尼器投放量与楼层的相关性确定阻尼器投放量,使结构的减震效果达到较优的状态。     

大跨度拱桥磁流变阻尼器减震控制

对拱桥这种大型结构在地震激励作用下实施减震控制是提高结构安全性的重要途径。为实现磁流变阻尼器在拱桥振动控制中的应用，提出在拱桥上设置磁流变阻尼器的减震控制方案。以改进的现象模型作为磁流变阻尼器的计算模型，采用LQG控制器一基于Sign函数的半主动控制算法，建立拱桥结构一磁流变阻尼器控制系统。最后，建立一平面拱桥模型，对该拱桥采用磁流变阻尼器进行减震控制分析。仿真分析结果表明通过合理地设计控制策略，拱桥磁流变阻尼嚣半主动控制可使拱桥地震反应取得良好的减震效果，而且半主动控制效果明显优于被动控制。     

高层钢-混凝土组合门式结构消能减震体系模拟地震振动台试验研究

对一幢复杂高层钢-混凝土组合门式结构消能减震体系的1/30缩尺模型进行了模拟地震振动台试验,深入研究了该结构的动力特性和地震反应特征,通过比较验证了粘滞阻尼器的减震效果。结果表明:结构整体空间作用显著,两座塔楼之间扭转反应较大。有、无阻尼器结构的各项反应基本满足抗震规范的要求;从平均意义上讲,阻尼器对整体结构的位移反应有一定的控制效果,对结构高空连廊的位移和两座塔楼之间的扭转反应控制效果较好。     

调频型颗粒阻尼器与高架连续梁桥减震控制研究

为了将颗粒阻尼技术引入到桥梁减震控制领域,提出了一种适合桥梁结构使用的调频型颗粒阻尼器及其设计方法,并以某高架连续梁桥为原型,设计制作了1:10缩尺模型,利用振动台台阵系统对未设置和设置调频型颗粒阻尼器的模型桥进行了振动台试验研究。研究结果表明：调频型颗粒阻尼器的初步设计方法可以为颗粒阻尼技术在桥梁减震领域的应用提供一定的理论指导;调频型颗粒阻尼器在高架连续梁桥减震领域应用效果良好,激励强度是影响阻尼器减震控制效果的主要因素之一;与调谐型阻尼器相比,调频型颗粒阻尼器的减震频带更宽。     

粘滞阻尼减震结构振动台试验与动力可靠度分析

开展了随机地震动作用下黏滞阻尼减震结构振动台试验,并采用概率密度演化方法和等价极值事件原理,对有控和无控试验模型的动力可靠度分别进行了分析。结构控制振动台试验中,采用基于物理随机地震动模型生成的地震动样本作为台面输入。试验结果表明:采用黏滞阻尼器作为减振装置,能够显著降低模型结构层间位移反应的均值和标准差,与此同时,楼层剪力的均方根值一般也较无控时明显减小;随机地震动作用下,模型结构动力响应的变异性显著,并且不同试验地震动样本输入时,黏滞阻尼器取得的减振效果不同。试验模型动力可靠度分析结果表明,有控模型结构各楼层可靠度以及体系可靠度均较无控时显著提高,抗震可靠性明显增强。     

调谐型颗粒阻尼器简化力学模型及其参数计算方法研究与减震桥梁试验

介绍了调谐型颗粒阻尼器, 进行了基于该阻尼器减震高架连续梁桥缩尺模型的振动台试验;建立了该阻尼器的数值分析简化力学模型, 提出了该模型等效阻尼比的能量估算方法, 并对该阻尼器的减震控制效果进行了有限元数值模拟. 试验与数值模拟结果表明:调谐型颗粒阻尼器可以有效降低高架连续梁桥的地震响应;上述简化力学模型和参数估算方法可以有效模拟调谐型颗粒阻尼器的减震控制效果, 可为基于颗粒阻尼器的土木工程结构减震设计参考.     

一种聚合阻尼耗能结构理论模型与地震响应研究

针对高层框架核心筒剪力墙结构体系在地震作用下层间位移小,阻尼器难以发挥较好耗能作用的问题,基于内核心筒和外围框架结构的变形特点,在框架核心筒的聚合变形位置设置位移放大型高效阻尼器（SDA）,形成了聚合阻尼耗能结构体系（NSD）。分析了位移放大阻尼器的耗能力学性能,提出了普通型黏滞阻尼器（VD）和放大型黏滞阻尼器的阻尼力及耗能理论公式。设计制作了 3 倍位移放大型黏滞阻尼器和普通黏滞阻尼器的试验模型,进行正弦波往复加载试验,得到不同试验工况下黏滞阻尼器的滞回耗能曲线,并将理论曲线与试验曲线进行了对比,验证了力学模型的正确性;对比 SDA 与 VD 的耗能效果,得出在相同位移下,SDA 比 VD 滞回曲线更加饱满、耗能更为显著。进一步对一栋聚合阻尼耗能结构进行地震响应分析,结果表明与传统结构相比,聚合阻尼耗能结构具有良好的减震性能。     

微细耗能颗粒对调频型颗粒阻尼器减震效果影响研究

为明确调频型颗粒阻尼器(Tuned Particle Damper,TPD)减震效果的关键影响因素和附加微细耗能颗粒对土木工程领域用调频型颗粒阻尼器减震效果的影响,以某钢筋混凝土框架结构为原型,设计制作了1∶30的缩尺试验模型及可用于该试验模型的调频型颗粒阻尼器,基于选定的TPD参数,通过在阻尼器腔体中附加不同质量的微细耗能铁粉颗粒,利用振动台试验对附加微细耗能颗粒前后调频型颗粒阻尼器减震效果的变化进行了研究。结果表明:依据设计的TPD附加微细耗能颗粒后仍能较有效降低结构在地震作用下的位移响应;激励强度是影响其控制效果的关键因素,随着激励强度的增加,附加微细耗能颗粒TPD的控制效果趋于提高;附加微细耗能颗粒后TPD的减震效果略有降低,土木工程领域颗粒与腔体间相对运动提供的调谐作用是影响TPD减震效果的重要因素。     

基于磁流变阻尼器的结构振动特性研究

结构振动控制可以有效地提高结构抗震性能,减轻其在动力作用下的反应和损伤,近年来,基于磁流变阻尼器的结构半主动控制也得到大力发展。本文对三层框架结构进行了数值模拟,对有无磁流变阻尼器结构的振动特性进行了分析比较。     

锥形非固结隔震结构理论与振动台试验研究

为了分析锥形非固结隔震结构的减震效果、支座耗能机理及支座受拉性能,对一缩尺1∶4的锥形非固结隔震钢框架结构模型进行了水平和竖向单向地震波输入下的振动台试验研究.分析了不同类型及强度的地震波作用下的结构上部及隔震层地震反应.试验结果表明,结构模型在8度和9度罕遇地震作用下,与其台面输入加速度峰值相比,其隔震层的加速度峰值减小10％～20％,上部结构顶层加速度峰值增加10％～50％,但和普通抗震结构相比具有明显的减震效果.在不同单向地震作用下,锥形非固结支座的滞回曲线饱满匀称;其上下盖板会在地震作用下产生错动位移,同时挤压粘弹性体消耗地震能量,耗能机理明确;地震波特性对支座受拉性能影响明显,但没有出现倾覆倒塌现象.锥形非固结隔震支座具有良好的减震性能,对低层建筑结构的减震具有明显的推广价值.     

弹塑性钢阻尼器对中等跨径斜拉桥横桥向减震效果的振动台试验研究

为了研究弹塑性钢阻尼器对中等跨径斜拉桥横桥向的减震效果,该文以某一典型中等跨径混凝土斜拉桥为研究对象,设计了1/20全桥试验模型,通过改变塔梁、墩梁横桥向的连接方式,建立了固结体系和采用弹塑性钢阻尼器的减震体系两种试验模型,采用Chi-Chi波和场地人工波进行了横桥向四台阵全桥振动台试验。试验结果表明:相对于固结体系而言,横桥向采用弹塑性钢阻尼器的减震体系利用弹塑性钢阻尼器良好的滞回耗能性能,可以有效地减小塔顶位移和塔底应变,具有良好的减震效果,是合理的抗震体系之一。     

钢铅组合耗能器参数优选及减震效果

利用电液伺服压剪试验机对钢铅组合耗能器(CSLD)进行拟静力试验,研究其力学性能;利用一个1∶4缩尺单层钢框架结构模型对CSLD进行地震模拟振动台试验,研究其耗能减震效果;试验结果表明:结构的层间位移和加速度反应明显减小,CSLD的滞回曲线饱满,确实能够很好地控制结构的地震反应。提出评价耗能器性能优劣的准则及两个附加条件,并利用遗传算法对CSLD的6个几何参数进行优选,结果表明优选效果良好,有利于耗能器的定型化和系列化。最后,利用ANSYS对安装有CSLD的20层钢结构Benchmark模型进行地震反应分析,分析结果表明CSLD对多高层结构同样具有良好的减震控制效果。