巨型框架多功能减振结构脉动风振的随机分析

巨型框架中主框架与次框架通过减振装置相互连接,形成巨型框架多功能减振结构。通过建立该结构在脉动风作用下的振动方程,根据随机振动理论导出主、次框架位移及加速度均方差,并对该结构位移及加速度减振系数进行分析,由此提出有效的减振控制方法。     

子结构隔震的巨型框架结构地震反应分析与振动台试验研究

为考察基于子结构隔震的巨型框架结构的实际振动控制效果,对一巨型框架结构和采用子结构隔震的巨型框架结构进行数值分析和振动台试验。介绍了巨型框架结构原型,采用有限元方法对巨型框架结构和采用子结构隔震的巨型框架结构进行分析,研究子结构隔震技术对外部主框架和内部子框架的地震反应控制效果。介绍了缩尺模型结构及其试验方案,对其进行了模拟地震的振动台试验,测量和分析了主框架和子框架的地震反应。有限元分析和振动台试验结果表明：子框架隔震后,巨型框架结构的基本周期得到延长,但隔震结构前6阶振型的振动都是以子框架振动为主,而非隔震结构前6阶振型的振动都是以主框架的振动为主。子框架隔震后,主框架和子框架的地震反应都显著减小,位置较低的子框架2的地震反应及其隔震效果一般要比上部子框架3的大。隔震子框架的变形主要集中在隔震层上,但隔震层变形小于主、子框架间的隔震缝宽度。     

巨型框架多功能减振结构体系风振响应分析

巨型框架多功能减振结构体系具有调频质量减振、基础隔震和阻尼耗能减振等多种减振功能。通过频域分析 ,阐明了巨型框架多功能减振结构体系在风荷载作用下的减振原理 ,得到了主框架侧移减振系数随调谐比和次框架阻尼比的变化规律。采用简谐波合成法模拟了脉动风荷载 ,通过时域有限元分析 ,验证了频域分析的结论。研究结果表明 ,与普通的巨型框架结构体系相比 ,巨型框架多功能减振结构体系在风荷载作用下的响应显著降低 ,具有良好的减振效果。     

巨型框架多功能减振体系脉动风振反应的随机振动分析

巨型框架中主框架与次框架通过夹层橡胶垫及粘弹性阻尼器相互连接 ,形成了巨型框架多功能减振体系。建立了该体系在脉动风作用下的振动方程 ,导出了主次框架振动位移及加速度的频率响应函数矩阵和谱密度矩阵 ,由此导出了主次框架各层位移及加速度的均方差。最后通过一个数值算例讨论了结构振动的影响因素     

巨型框架-次框桁架结构体系隔震减震性能研究

通过在巨型框架-次框桁架结构中增加隔震装置,得到巨型框架-次框桁架结构隔震减震体系。采用ANSYS有限元程序对该隔震减震体系进行了隔震减震动力时程计算,得到该结构体系在多条地震波作用下的地震响应。计算结果表明,巨型框架-次框桁架结构隔震减震体系是一种抗震性能良好的结构体系,可改善巨型结构的受力,具有优良的抗震性能:主、次框架顶点位移相对于巨型框架-次框桁架结构的顶点位移明显减小,主框架位移最大减少约47%,次框架最大减少约64%;主框架地震内力最大值响应低于巨型框架-次框桁架结构,剪力减少约33%,弯矩减少约34%。计算结果对巨型结构的抗震设计有较大的参考价值。     

屈曲约束支撑与黏滞阻尼器的减震效果对比研究

以某钢筋混凝土框架结构工程实例为研究对象,选取与场地条件相匹配的地震动作为激励,在SAP2000程序中计算了该结构在多遇和罕遇地震作用下的非线性动力反应,并在框架结构模型中分别设置屈曲约束支撑和黏滞阻尼器。通过试算确定消能减震装置的参数,使得两种消能减震结构在多遇地震作用下的位移减震率均为40%。在此条件下,对比分析了结构的层间位移角、楼层加速度、基底剪力、柱轴力、塑性铰分布和各层阻尼器的工作状态。分析表明：在多遇地震作用下,屈曲约束支撑增大了结构的加速度响应,而黏滞阻尼器能够减小结构的加速度响应;在罕遇地震作用下,二者均能有效控制楼层的加速度响应,而屈曲约束支撑的位移减震效果更好,但黏滞阻尼器对框架柱内力的减少效果更为显著。     

隔震层位置不同的隔震结构地震响应分析

分别对带有一层地下室的三层、六层、十层框架结构进行隔震设计,根据隔震层位置不同提出两种隔震方案:地下室底板隔震和地下室柱顶隔震,通过与传统抗震结构相比得到:不论框架层数多少,隔震后结构前三阶周期延长2~4倍,中低层框架结构的周期增长率比高层结构大,隔震结构的层间剪力、层间位移和楼层加速度均有显著降低,中低层框架结构的减震效果相对优于高层框架结构,且在罕遇地震下减震效果更明显;从不同层数框架结构的水平向减震系数和隔震层位移等对比可知,地下室柱顶隔震的减震效果相对较好。     

巨型结构在地震激励下的控制性能分析

巨型结构体积巨大，形式复杂，体系内各类结构构件及重要程度存在着明显的分级，通过等效模型分析初步设计及全面把握巨型结构体系的受力特性、以改进巨型结构的主结构顶层以及最高子结构顶层位移及加速度响应作为控制目标，运用ANSYS动力分析中的功率谱密度分析（PSD），采用Kanai—Tajimi地震激励功率谱的修正模型，研究改进巨型结构的设计参数变量如：主、子结构的质量比RM，附加柱刚度比对改进巨型结构控制效果的影响。     

抗拔型TFPB隔震结构动力特性及地震响应分析

抗拔型三重摩擦摆隔震支座是一种新型隔震支座。本文以框架结构为例,利用ANSYS软件建立了普通抗震结构和带该支座的基础隔震结构两种模型。通过模态分析,得到了结构的自振周期和振型参与系数;通过地震响应分析,得出结构各层间位移、加速度及剪力幅值,并提取了隔震层和顶层的位移、加速度和剪力时程曲线。结果表明:与抗震结构相比,基础隔震结构周期显著增大;各楼层的加速度幅值、层间剪力、层间位移幅值也相应地得到了控制,具有良好的减震效果。     

非固结锥形隔震支座振动台试验研究

对一缩尺1：4的采用非固结锥形隔震支座的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。通过输入不同类型的地震波,分析上部结构和锥形支座的地震反应。试验结果表明,在8度和9度罕遇地震作用下,上部结构的加速度峰值比输入加速度峰值增加10％～50％,和普通抗震结构相比具有明显的减震效果。由支座的滞回曲线可以看出,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。试验结果表明,非固结锥形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。     

Shaking table model test of a mega‐frame with a vibration control substructure

A mega‐frame with a vibration control substructure (MFVCS) is a tuned mass damper system that converts substructures into a tuned mass. In this study, a kind of MFVCS using lead–rubber bearings (LRBs) to connect the vibration control substructure to the mega‐frame was proposed. To investigate the damping effect of this MFVCS, a series of shaking table tests were conducted, and the seismic responses of the MFVCS were compared with those of the traditional mega‐frame structure (TMFS). The results show that the seismic responses of the MFVCS are clearly smaller than those of the TMFS; additionally, the proposed MFVCS can provide a sufficient damping effect under different ground motions. Finite element (FE) models of the TMFS and MFVCS were established and validated by experimental results. Finally, the simulation results adopting different LRB models (equivalent linear and nonlinear elements) were compared, and the results indicate that simulation results can be obtained with greater accuracy from the FE model with a nonlinear LRB model than that with a linear LRB model.     

钢筋混凝土巨型框架结构及附单向TMD装置的减震结构振动台试验研究

为了研究钢筋混凝土巨型框架结构体系的抗震性能及其地震作用损伤机理,设计制作1/25的缩尺模型,并设计加工了一套调谐质量阻尼器（TMD）装置安装在模型结构顶部,进行振动台试验,得到结构的动力特性和位移响应,并对比分析了TMD的减震效果。结果表明：当在峰值加速度为0.140g的地震波作用后（相当于原型7度多遇地震）,模型结构处在弹性工作状态,在峰值加速度为0.400g的地震波作用后（相当于原型7度基本烈度）,模型结构出现轻微破坏,在峰值加速度为0.880g的地震波作用后（相当于原型7度罕遇地震）,模型结构出现中等破坏,该原型结构可以满足抗震设计的要求;TMD装置具有较好的减震效果。     

大跨隔震结构竖向地震响应的振动台试验研究

为研究大跨隔震结构竖向地震响应,首先对一大跨网架隔震结构1∶20的缩尺模型进行了振动台试验,对比研究隔震前后模型的动力特性及其在双向和三向地震动输入下的加速度及位移等动力反应,进而对大跨隔震结构的网架和一般楼层(首层和转换层)的竖向减震效果进行了分析。结果表明大跨隔震结构的网架在双向地震和三向地震输入下都具有非常明显的水平减震效果,且减震率大于一般楼层;大跨隔震结构的一般楼层基本没有竖向减震效果,而在输入地震强度比较小的情况下网架竖向加速度基本没有减小,甚至稍有放大,但随着输入地震强度的增加,网架的竖向加速度减震率逐渐提高;对于网架的竖向位移响应,基础隔震模型在罕遇地震下有较明显的减震效果。最后建立了相应大跨隔震结构与非隔震结构的有限元分析模型,并对隔震支座进行参数优化,结果表明屈重比取4%~6%时,大跨网架隔震结构具有较小的基底剪力。     

下沉式黄土窑洞结构模型振动台试验研究

以我国西北部黄土高原地区传统民居下沉式黄土窑洞为研究对象,对其缩尺比例为1∶5的简化模型进行振动台试验,以研究结构的动力特性及地震响应,其中加速度相似比取2.5。通过试验得到了模型结构在不同工况下的加速度响应、位移响应和破坏形态,并分析白噪声激励下各测点的频响函数,获得各受力阶段模型结构的动力特性及其变化规律。结果表明：下沉式黄土窑洞模型结构在地震峰值加速度0.14g作用后,窑洞拱券顶部及其上覆土区域开始产生裂缝,且裂缝随着地震动强度增大而持续发展;模型结构1阶振型为沿振动方向的平动,在地震峰值加速度0.75g作用后,1阶频率下降了34%,1阶阻尼比增加了119%;窑洞拱顶的加速度与位移响应较中腿及边腿的更加明显,加速度响应沿其高度方向呈增大趋势;中腿与边腿的加速度、位移响应存在差异,且沿着窑洞进深方向两者的变化规律也不相同。     

巨型框架结构体系地震响应问题的ANSYS分析

采用大型有限元软件ANSYS对巨型框架结构进行了动力时程分析,讨论了不同主次框架刚度比下巨型框架结构的地震响应,计算结果表明,钢筋混凝土巨型框架在地震作用下的侧移曲线为弯剪型;主次框架刚度比对巨型框架弹性地震反应有较大影响;结构的高阶振型对结构反应有一定影响,当与地震波卓越周期相近时可能发生类共振现象。     

悬吊结构体系优化设计及减震性能研究

对悬吊摆隔震系统组成的悬吊结构体系进行研究,建立了该体系的两自由度分析模型。根据拉格朗日方程建立了系统的运动方程,并给出了地震作用下上下部子结构位移响应均方值理论表达式。通过引入性能指数,综合考虑上下部子结构位移响应,定义了悬吊结构体系性能目标函数。以性能目标函数最小为优化目标,推导了悬吊结构体系最优设计参数理论解,并通过不同性能指数下体系参数分析验证了理论解的正确性。最后,以某两层剪切型框架结构作为工程算例,对结构体系的减震性能进行数值分析。结果表明:最优参数均随性能指数的增大而增大,最优阻尼比与质量比呈正相关关系,最优频率比与质量比呈负相关关系; 增大性能指数,上部子结构位移响应峰值减震率增大,而下部子结构位移响应峰值减震率减小; 只要性能指数取值合理,悬吊隔震体系能同时有效控制上部子结构与下部子结构地震位移响应; 性能指数为1时,结构体系上下部子结构位移响应峰值减震率分别可达67.45%和25.16%以上。     

动力参数对核筒悬挂隔震结构减震效果影响

基于理论分析和有限元数值计算,研究了不同的动力参数对核筒悬挂隔震结构减震效果的影响。建立了悬挂结构减震系数的计算方法,分别研究了地震作用下悬挂结构的位移减震系数、绝对加速度减震系数的变化规律,量化了质量比和频率比对悬挂结构减震效果的影响。研究表明:设置有隔震支座的悬挂隔震结构,地震作用下其相对位移和绝对加速度响应的减震耗能明显强于传统的悬挂结构;必须保证质量比和频率比在一定的取值范围内,才能避免悬挂结构产生共振效应,获得比较理想的减震效果。     

巨型结构的抗震分析

采用ANSYS有限元程序对巨型框架结构、巨型框架隔震结构进行了抗震动力时程分析,讨论了两种结构在多条地震波作用下的动力位移及内力等地震响应,其计算结果对于确保巨型框架结构的抗震安全性具有较大的意义,对巨型框架结构的抗震设计有较大的参考价值。     

巨型框架结构体系的动力特性及地震响应分析

采用大型有限元软件ANSYS对巨型框架结构进行了动力时程分析,讨论了不同主次框架刚度比下巨型框架结构的动力特性及地震响应。计算结果表明,钢筋混凝土巨型框架在地震作用下的侧移曲线为弯剪型;主次框架刚度比对巨型框架弹性地震反应有较大影响;结构的高阶频率对结构有一定影响,当与地震波卓越周期相近时可能会发生类共振现象。计算结果对巨型框架结构的抗震设计有较大的参考价值。