结构广义调谐体系及其减震控制的参数影响分析

针对工程结构调谐减振体系的地震反应控制,提出广义调谐体系的概念,从地面输入的复频域分量入手,对广义调谐体系的影响参数进行了理论分析.文中将广义调谐体系模型化为上下两质点模型,采用复频域地面激励输入,得出了稳态响应解析式,得出了调谐体系地震反应的4个主要影响参数,进一步分析得出了窄带激励下调谐子结构周期的优化配置.在此基础上,计算分析了其它参数对调谐体系位移反应和底部剪力幅值的影响,包括调谐子结构与主结构质量比ρ、主结构与激励的周期比βsE、结构阻尼等参数的影响.最后评析了多高层结构在地震作用下调谐减震控制的有关问题,指出了提高质量比ρ的重要性及方法,对拓展调谐减振体系的减震研究应用具有指导意义.     

巨型钢框架悬挂结构体系组合楼板振动性能试验及舒适度分析

目前国内外尚缺乏巨型钢框架悬挂结构体系的组合楼板振动试验与舒适度评价方法。为了揭示人致荷载激励下巨型钢框架悬挂结构体系组合楼板的振动特性及舒适度,依托中科院量子科研楼,开展了现场振动实测与分析。通过动力特性试验获悉楼板的频率分布,对楼板施加人致荷载激励和节律跳跃激励,着重分析了步频、人行数量、行走路线等主要因素对新型悬挂结构体系楼板振动舒适度的影响规律。试验结果表明：随着步频增大和行走人数的增加,楼板的峰值加速度逐渐增大;沿楼板宽度方向行走会引起明显振动响应;节律跳跃激励对楼板舒适度影响较大,使用时应避免过多的跳跃激励。结合国内外规范,对此楼板振动舒适度进行了评价与分析。研究建议,可采用主振频率和振动强度来评价该新型结构的楼板振动舒适度,即主振频率不小于3 Hz,振动强度不大于0.015 m/s²。     

贵阳201大厦结构体系研究

为满足建筑新颖而有特色的造型,贵阳201大厦采用支撑筒悬挂结构体系,分为主结构、子结构和悬挂桁架体系三部分。主结构为由12根钢管混凝土柱和偏心支撑组成的支撑筒;子结构为钢框架结构;悬挂桁架体系沿高度分3段设置,每段子结构设置6榀受力自平衡的悬挂桁架。分析表明:该结构体系各项相关参数满足规范要求;除因悬挂带来平面外挑和收进不规则外,其余各项均规则;风荷载作用下结构顶点加速度符合高钢规限值要求。稳定分析表明结构不会发生整体失稳。悬挂桁架节点分析表明在风荷载和罕遇地震作用不利工况下节点仍处于弹性受力状态,且悬挂桁架不会发生失稳。     

支撑柱刚度对新型有控结构的风振响应研究

针对一种带附加支撑柱的新型巨-子型有控结构(MSCS),建立了随机脉动风载下的动力方程,基于复模态理论,推导了MSCS在随机风载激励下的协方差函数、位移及加速度均方响应表达式;通过频域分析,讨论了附加支撑柱刚度比对MSCS风振响应的影响规律及其机理,对结构时域内的风振分析验证了频域分析的结论.研究结果表明:在子结构顶层和巨型粱结构层之间设置支撑柱,不仅能解决巨型梁的大跨度问题,而且能减小子结构的位移和主、子结构的加速度响应,当附加柱刚度大于一定值时,结构响应变化不大.工程设计时应综合考虑控制效果和安全性,选择合适的附加支撑柱刚度比.     

模态分析技术在拖式振动压路机结构动态修改中的应用

利用实验模态分析技术,对拖式振动压路机的机架、振动轮和减振器分别进行了单点拾振、复点激励,在ＨＰ９０００／３３０Ｃ和ＨＰ３５６２Ａ组成的系统上进行了结构动态特性分析,并进行了结构动态修改,改善了振动压路机的动态性能     

上海中心大厦悬挂式幕墙支撑结构竖向地震作用反应分析

当悬挂结构自身的竖向振动周期与其支承结构的竖向振动周期接近,将出现二次共振现象,即产生竖向振动的“鞭梢效应”,从而导致悬挂结构自身及其支承结构的竖向地震作用反应都显著增大。上海中心大厦采用分区悬挂的柔性幕墙支撑结构,每个分区悬挂的幕墙质量大、支承结构刚度弱、悬挂高度高、自振周期与主楼接近,其竖向地震作用反应不容忽视。采用反应谱和弹性时程分析方法,对上海中心悬挂式幕墙支撑结构在竖向地震作用下的结构自振特性、竖向加速度、竖向位移等反应进行了分析。结果表明：悬挂式的幕墙支撑结构竖向地震作用反应显著,幕墙支撑结构的竖向地震作用反应随结构高度增加而增大;高区吊杆轴重比较低区增大约1.2倍,高区吊点加速度反应较低区增加约1.5倍;在相同分区,由于吊杆弹性放大作用,幕墙支撑结构底部的轴重比、加速度、位移反应分别较顶部增大20%、50%、100%。     

上海中心大厦悬挂式幕墙支撑结构竖向地震作用反应分析

当悬挂结构自身的竖向振动周期与其支承结构的竖向振动周期接近,将出现二次共振现象,即产生竖向振动的"鞭梢效应",从而导致悬挂结构自身及其支承结构的竖向地震作用反应都显著增大。上海中心大厦采用分区悬挂的柔性幕墙支撑结构,每个分区悬挂的幕墙质量大、支承结构刚度弱、悬挂高度高、自振周期与主楼接近,其竖向地震作用反应不容忽视。采用反应谱和弹性时程分析方法,对上海中心悬挂式幕墙支撑结构在竖向地震作用下的结构自振特性、竖向加速度、竖向位移等反应进行了分析。结果表明:悬挂式的幕墙支撑结构竖向地震作用反应显著,幕墙支撑结构的竖向地震作用反应随结构高度增加而增大;高区吊杆轴重比较低区增大约1.2倍,高区吊点加速度反应较低区增加约1.5倍;在相同分区,由于吊杆弹性放大作用,幕墙支撑结构底部的轴重比、加速度、位移反应分别较顶部增大20%、50%、100%。     

核筒悬挂建筑减振体系主结构的抗侧性能

对核筒悬挂建筑减振体系主结构的抗侧性能进行了分析,结果表明:在倾覆力矩没有明显增加的前提下,考虑与箱基础倾斜耦合作用的主结构侧向位移比不考虑耦合作用的可能大1倍以上;当悬挂建筑结构的基准频率ω1不变时,其侧向振动幅值受上部结构阻尼比ξ1和激励频率比β的影响显著;推导出了正六边形核筒悬挂建筑主结构在不同抗震设防烈度时的名义高宽比限值,其中,在9度区高宽比限值比较小,因此不适合建造单核筒式悬挂建筑,但可以选择巨型框架式等其他形式。     

某观光塔风致振动调谐质量阻尼控制分析

高耸柔性结构在风荷载作用下易产生较大的振动加速度和变形,随着其在工程中的广泛应用,对高耸结构进行结构风致振动控制以提高其舒适度显得极其重要。针对某旅游观光塔进行风振响应分析,并以塔中的消防水箱作为调谐质量阻尼器系统(TMD)的惯性质量,进行了TMD风致振动控制设计及其振动控制分析。研究结果表明,所设计的悬挂式TMD控制系统可以有效减小顺风向结构风致响应,从而显著提高观光塔的舒适度,并对结构的基底剪力、倾覆力矩、顶部位移等均有较好的控制效果;同时对观光塔横风向风振进行初步验算,判定其不会发生大幅值的涡激振动现象。     

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。     

大体积混凝土结构长期应变监测系统

桥梁健康监测系统是近年应用于桥梁管理与维护的一项新技术,具有重要的工程价值。无线振弦传感器具有抗干扰强,精度高,传输距离远等特点,广泛应用于大体积混凝土结构中振动、应力等动态物理量监测。本文主要论述了桥梁无线应变监测系统结构、无线振弦传感器工作原理,设计了振弦传感器内部的激振电路及测频电路,以及无线通讯模块,同时给出了内部软件的设计,分析了无线振弦传感器的特性。无线的设计极大的方便了振弦传感器的使用,通过工程实际应用显示,本文设计的基于正弦传感器的桥梁无线应变监测系统稳定、质量可靠、测量数据迅速准确。     

冻融作用下基桩竖向振动动力特性研究

主要研究三维轴对称条件下饱和双层土中基桩竖向振动,通过建立饱和双层土中桩竖向振动问题的简化层间连续模型,求得了桩顶动力响应频域解析解及时域响应的半解析解,分析了冻融作用对基桩竖向振动的复动刚度的影响。提出在多年冻土地区或季节性冻土地区进行动力基础设计时,应以最不利情况为设计对象。对多年冻土,应以上部出现的最大融深来考虑,对季节性冻土,则应以未冻土来考虑。在多年冻土地区的动力基础施工中,应尽量保持地基的冻结状态,并指出冻融作用会对基桩的检测工作会产生一定的影响。     

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。     

大体积混凝土结构长期应变监测系统

大体积混凝土结构长期应变监测系统是近年应用于建筑工程管理与维护的一项新技术,具有重要的工程价值。无线振弦传感器具有抗干扰强,精度高,传输距离远等特点,广泛应用于大体积混凝土结构中长期应变的测量。本文主要论述了大体积混凝土结构长期应变监测系统结构和无线振弦传感器工作原理,设计了振弦传感器内部的激振电路及测频电路,以及无线通讯模块,分析了无线振弦传感器的特性。无线的设计极大的方便了振弦传感器的使用,通过工程实际应用显示,本文设计的基于正弦传感器的大体积混凝土结构长期应变监测系统稳定、质量可靠、测量数据迅速准确。     

顺层岩体边坡地震动力破坏离心机试验研究

 使用相似材料分别制作只含有非连续的层面和同时含有非连续的层面和非贯通的次级节理顺层岩体边坡小比例物理模型,进行离心机动力试验,研究边坡的动力响应和破坏机制以及非连续层面和次级节理对其的影响。试验结果证明：顺层边坡的动力响应对地震波的频率和边坡内部结构面的发育特征敏感,边坡结构面发育越复杂,边坡对地震波的频率响应越复杂,地形放大效应也越明显;顺层边坡的动力稳定性和破坏机制受结构面发育特征控制,含有次级节理的边坡动力稳定性更低,破坏范围也更浅,在破坏过程中还会出现次级节理的张拉破坏导致的岩体内部解体破碎,可能诱发岩石碎屑流。     

重载列车作用下桥墩-桩基竖向动荷载特性试验研究

为探明大轴重、长编组和高密度重载列车作用下桥墩和桩基承台顶的动荷载特性，开展不同车速和轴重条件下的桥墩-桩基体系竖向动荷载响应现场试验。分析桥墩动荷载曲线的时域、频域特征，采用Kolmogorov法对动荷载幅值进行正态性检验，建立列车参数与动荷载频域特征的联系；基于3σ原则对不同敞车作用下的动荷载特征值(均值、均幅值和均峰值)进行统计，结合实测数据建立重载列车作用下的墩顶动力系数计算公式，并提出墩顶和桩基承台顶的荷载谱公式及其参数取值。结果表明：动荷载响应在时域上可分为快速增加，周期波动和快速衰减3个阶段，在频域上服从倍频规律和幅值调制效应，0~5Hz频段激振对动荷载起控制作用；动荷载幅值服从正态分布，动荷载均峰值和振动能量沿墩身衰减明显，动荷载均值和均峰值随轴重增大而增大，均幅值随轴重的增加而减小；建议采用φ=1+0.0045v计算墩顶动力系数，采用三角级数式拟合桥墩荷载谱效果显著。研究成果可为重载列车作用下桩基的长期承载变形性状及环境振动评估的研究提供关键参数和可靠检验样本。     

弹性支撑拱结构的动力特性研究

以三次B样条函数的线性组合作为拱结构位移振型函数,根据哈密顿原理推导出了弹性支撑拱结构的频率方程,考虑了拱脚处集中质量的附加惯性力等因素的影响,计算分析了竖向弹性支撑和旋转弹性支撑对拱结构动力特性的影响,提出了竖向临界刚度系数的概念。研究结果表明:竖向弹性支撑会使拱结构的基本频率减小,当矢跨比为0.1左右时影响最为显著,同时还会改变拱结构振型序列特点;竖向临界刚度系数是拱结构动力特性的分界点,此时拱结构的基本频率和第二频率几乎相等,若竖向支撑刚度系数小于临界刚度系数,结构的第1阶振型是对称的,而第2阶振型是反对称的,与刚性支撑拱结构的振型序列不同;若竖向支撑刚度系数大于临界刚度系数,结构的第1阶振型是反对称的,而第2阶振型是对称的,与刚性支撑拱结构的振型序列相同;旋转弹性支撑会使拱结构的基本频率减小,但并不改变其振型序列特点。     

Application of spherical tuned liquid damper in vibration control of wind turbine due to earthquake excitations

A spherical tuned liquid damper (TLD) is proposed as a cost‐effective method to reduce the earthquake‐induced vibration of wind turbines. A 1/20‐scale test model was designed to investigate its performance of controlling the structural vibration. A series of free and forced vibration experiments with different water depths in hemispherical containers were performed on the shaking table. Three measured ground acceleration‐time histories, including El Centro NS, El Centro EW and Tianjin EW, were selected to verify the effectiveness of spherical TLD in suppressing the earthquake‐induced vibration. The experimental results showed that the spherical TLD could effectively improve the damping capacity of the test model. The standard deviation of the dynamic response could be effectively reduced when the excitation frequency was approximately equal to its fundamental frequency. The liquid sloshing motion in containers was characterized by a highly nonlinear and complex nature. The effectiveness of spherical TLDs does not increase linearly as the mass of water in containers and is influenced greatly by the frequency components of earthquake excitations. For El Centro EW excitation, the standard deviations of the dynamic responses could be reduced more than 40% when the liquid mass was about 2% of the generalized mass. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

采用颗粒调谐质量阻尼器的钢框架结构振动台试验研究

通过附加和不附加颗粒调谐质量阻尼器的5层钢框架振动台试验,研究其在实际地震波以及上海人工波激励下的减震效果。通过调整不同悬挂长度（频率比）、质量比、颗粒到阻尼器壁净距等参数,分析阻尼器参数对其减震效果的影响。试验结果表明：不同地震作用下该类阻尼器均能达到较好的减震效果,其中上海人工波的减震效果最好;对于多层钢框架结构,阻尼器能够有效控制第1振型的振动,但是对于高阶振型的控制作用无法保证;当阻尼器频率与主体结构基频相同时,能够达到最优减震效果,而当二者频率不同时,依然有一定的减震效果,说明其具有一定的鲁棒性;在合适的质量比（0.66%）下,阻尼器能够达到最佳减震效果;当颗粒到容器内壁净距为1.6D~3.6D时,可使阻尼器响应最小,且减震效果较好。     

Optimum design of tuned mass dampers for different earthquake ground motion parameters and models

Tuned mass dampers are frequently used for passive control of vibrations in civil structures subject to seismic and wind actions. Their efficiency depends on selection of their mechanical properties in relation to main system and excitation characteristics. This paper proposes an optimum design strategy of single tuned mass dampers to control vibrations of principal mode of structures excited by earthquake ground motion. The main purpose of the paper is to investigate the influence of the time modulation of earthquake excitation upon the optimal tuned mass dampers design parameters: frequency and damping ratio. The study is based on numerical analyses carried out with different stochastic models for earthquakes: a simple filtered white noise model and two time modulated filtered white noise models. The numerical analyses are carried out to solve an optimization problem with a performance index defined by the reduction of the standard deviation of either the structure displacement or its inertial acceleration as objective function. To complete the work, the influence of the bandwidth excitation over the values of the optimal tuned mass damper parameters is investigated, as well the optimum mass ratio and the structure frequency. The results of the numeral analyses carried out infer that the earthquake excitation characteristics, including its modulation in time domain, highly affect the optimum tuned mass damper design parameters values.