半刚性悬挂结构体系减振避震机理及参数优化

提出了一种新型悬挂结构体系--半刚性悬挂结构体系。该结构体系在悬挂楼段与转换层之间设置半刚性层,其间设置减振阻尼装置。通过时域内输入El Centro波、Taft波以及人工波,验证了该体系具有良好的动力响应特性。根据随机振动理论,在复数域内推导了体系的随机振动响应表达式;以主体核筒结构顶点位移和半刚性层的层间位移为目标函数,编制了MATLAB计算程序,对体系中影响结构动力响应的阻尼器的刚度和阻尼、悬挂质量比及半刚性连接的转动刚度等进行参数分析。计算结果表明：该体系能够有效减小地震动力响应,半刚性层的层间位移较大,主体结构顶点位移和悬挂楼层的层间位移较小;对于文中给出的结构算例存在最优参数组合：阻尼器刚度和阻尼分别为1×107/N/m和1×107N•s/m,悬挂质量比取3.0,半刚性连接转动刚度为3.14×104N•m/rad;当半刚性悬挂结构的参数取得最优组合时,主体结构动力响应和半刚性层层间位移均可得到较好的控制,结构的减振避震性能明显提高。     

高层核筒悬挂结构地震响应的参数分析

本文基于地震响应时程,对高层核筒悬挂结构进行参数分析。首先给出了悬挂减振结构体系的计算模型,在此基础上给出了以主体核筒的顶点位移和基底剪力响应为综合优化目标,悬挂楼面的层间位移角为约束条件的优化数学模型,对设置于核筒和悬挂楼面之间粘滞阻尼器的刚度和阻尼系数进行优化。结果表明:存在最优阻尼器的阻尼系数,使得主体核筒的响应最小;当阻尼器的刚度较小时,可以忽略其对结构动力响应的影响;悬挂楼面的层间位移角作为约束条件,影响结构参数的优化值;通过设置合理的参数才能够同时满足优化目标和悬挂楼面的层间位移角限值。     

半柔性悬挂结构体系的减振机理及其减振效果分析

提出一种新型高层建筑半柔性悬挂减振结构体系.给出体系的结构方案,简化计算模型及多自由度体系运动方程;在时域内输入El Centro波和Taft波来阐明体系的动力特性;基于随机地震动激励采用复模态解耦与虚拟激励法相结合,推导这种体系的随机动力响应表达式;编制相应程序以主体核筒顶点位移和柔性层层间位移为控制目标,对影响结构动力响应的阻尼器刚度和阻尼系数及柔性悬挂楼段设置位置进行优化分析.结果表明:这种体系能够较好地降低地震响应,有着较大的柔性层层间位移和较小的悬挂楼段层间位移;存在最优的阻尼器阻尼系数,能够明显减小主体核筒动力响应;阻尼器的刚度有助于控制柔性层的层间位移;悬挂楼段设置在结构上部对顶点位移的减振效果更好.     

核筒悬挂结构随机动力响应的参数优化设计

高层建筑核筒悬挂结构是在核筒与悬挂框架之间设置阻尼器,以减小地震作用下的结构动力响应。在频域内应用复模态叠加与虚拟激励相结合的方法,建立悬挂减振结构的随机地震响应分析方法,在此基础上针对一个典型的算例,以核筒顶点位移、悬挂框架层间位移为优化目标,给出核筒与悬挂框架间阻尼器连接和弹簧连接的合理布置方案及参数优化结果。研究表明,选择在核筒与悬挂框架间综合设置弹簧连接和阻尼器连接,并合理地选择相应的参数,可以显著地提高结构体系的消能减振效果。     

半柔性悬挂减振结构体系地震反应分析

针对一种新型高层建筑半柔性悬挂结构体系提出阻尼减振控制的方案。首先,阐述了结构体系构建方案及优越性;其次,以主体结构的时程响应最大值最小为控制目标,对粘滞流体阻尼器的阻尼系数进行优化分析;最后,基于最优的阻尼器参数,对半柔性悬挂减振结构与普通悬挂抗震结构进行了时程对比分析。结果表明:半柔性悬挂减振结构能够有效地消弱结构的峰值响应;存在最优的阻尼系数使得主体结构的顶点位移和基底剪力动力响应最小;悬挂楼段保持较小层间位移,有效发挥了各层阻尼器的效率,保护了非结构构件。     

半柔性悬挂减振结构振动台试验研究

通过对设置黏滞流体阻尼器的半柔性悬挂结构进行地震模拟振动台试验,分析了主结构与悬挂楼面的质量比、连接方式、阻尼器的分布和层间斜撑对悬挂结构动力特性和响应的影响。试验结果表明:采用阻尼器连接主结构和悬挂楼面,可改变结构频率和振型阻尼比;当悬挂楼层侧向刚度较小时,结构振型表现为柔性层与悬挂楼面的耦合剪切变形;当增设斜撑后,结构第一振型为柔性层的层间变形;阻尼器连接时模型的主结构地震响应小于刚性连接的普通悬挂结构,通过增设斜撑可进一步提高减振效果;与自由悬挂结构相比,采用阻尼器连接的悬挂减振结构能够较好地抑制悬挂楼面相对于主结构的位移和悬挂楼面的层间位移;设置斜撑后,能够进一步减小悬挂楼面的层间位移,同时弱化了阻尼器不均匀对减振效果的影响。     

设置黏滞阻尼器的悬挂减振结构振动台试验研究

通过对设置黏滞流体阻尼器的悬挂结构进行地震模拟振动台试验,分析了主结构与悬挂楼面的质量比、连接方式以及阻尼器分布对悬挂结构模型的频率、阻尼比和结构响应的影响。试验结果表明：与刚性杆连接的常规悬挂结构相比，采用阻尼器连接主结构和悬挂楼面，可改变结构频率，提高结构振型阻尼比，且模型前3阶振型主要表现为悬挂楼面剪切变形；悬挂减振结构主结构的位移峰值响应小于常规悬挂结构，略小于无连接的自由悬挂结构；当悬挂楼段质量较大时，减振效果更好；与自由悬挂结构相比，阻尼器连接的悬挂减振结构能较好地抑制悬挂楼面相对于主结构的位移和悬挂楼面的层间位移；当悬挂楼面侧向刚度较小时，阻尼器均匀布置比集中布置能更好地控制悬挂楼面的相对位移。     

简谐激励下非线性黏滞阻尼调频质量阻尼器减振结构的稳态响应分析

对非线性黏滞阻尼在调频质量阻尼器(TMD)中的应用进行了研究。基于慢变参数法推导简谐激励下采用非线性黏滞阻尼调频质量阻尼器减振结构位移的稳态响应解析解,进而研究其优化参数求解公式。以主结构位移动力放大系数为目标,对线性和非线性黏滞阻尼TMD的减振效果进行了对比分析,结果表明:非线性黏滞阻尼TMD的减振效果要优于线性的,其最优阻尼比受到激励幅值的影响。     

多点激励下巨型框架悬挂减振结构地震响应振动台阵试验研究

目前对于大跨度高层悬挂减振结构在多点激励下的地震响应尚缺乏试验研究。本文按1/20比例设计和制作一座大跨度巨型框架悬挂减振结构模型,并通过双振动台模拟试验,研究一致激励和行波激励对悬挂减振结构地震响应的影响。试验结果表明:行波效应可能使模型结构的关键部产生明显的应力变化,主体结构顶部和次结构顶层悬挂楼盖沿X方向加速度响应有所减小;同时发现首层悬挂楼盖加速度响应及与主体结构的相对位移比顶层明显。这对研究大跨度高层悬挂减振结构抗震提供了新的思路,因此可以考虑行波效应对此类结构的减振作用进行抗震设计构思。     

巨型框架多功能减振结构的地震反应分析

这里以一种结构方案为算例,建立巨型框架多功能减振结构的动力计算模型,对其进行了动力时程计算,得出巨型框架多功能减振结构在地震波作用下的动力位移及内力等地震响应。比较巨型框架多功能减振结构和巨型框架抗震结构的动力响应。计算结果表明:巨型框架多功能减振结构具有良好的减振效果,可有效地降低结构的地震响应,是一种较有前途的结构形式。     

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。     

考虑二阶振型的高层建筑顺风向风振响应简化计算

为评估高层建筑风振的舒适度,应建立简单实用的结构风振响应计算方法。而我国GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》的高层建筑顺风向风振响应简化计算方法没有考虑二阶振型的贡献。基于准定常理论,采用频域法进行了考虑二阶振型贡献的高层建筑顺风向风致响应评估,并分析了二阶振型对结构风致响应的贡献。结果表明：二阶振型对高层建筑顺风向动力位移响应的贡献一般在2%以内,但对顺风向动力加速度响应的贡献最大能达到18%。在评估结构顺风向风振加速度响应时,二阶振型的贡献不能忽略。在此基础上,推导了考虑二阶振型的对称等截面高层建筑顺风向风振响应简化计算方法。将此简化方法得到的结果与频域法和规范公式得到的结果进行对比,其误差在5%以内,表明简化公式具有较好的精度和适用性。     

受扰高层建筑的风致响应分析

受扰状态下高层建筑的静动力响应明显不同于单体建筑。以一实际姊妹塔楼为研究对象,根据风洞试验中获得的风压分布结果,计算塔楼结构的风致响应。风洞试验及结构响应计算不仅考虑了两栋塔楼同时存在的情况,还考虑一栋塔楼先期建成,另一塔楼尚未建造的情况。细致分析了不同风向下结构的平均及脉动位移响应、静动力干扰因子的特点。结果表明,施扰建筑位于受扰建筑正前方时具有最大的干扰效应,此时受扰塔楼的总位移峰值最小;而当受扰建筑处于施扰建筑下游时,在风向偏斜时,受扰塔楼的总位移峰值最大。     

SSI效应对隔震结构的地震响应及损伤影响分析

基于弹性地基梁理论和波动理论计算群桩-土地基对上部结构的动力阻抗,进而研究桩土-结构动力相互作用对高层隔震结构地震响应及非线性损伤的影响。首先计算桩周地基水平刚度系数,采用改良的Penzien模型将群桩等效为单桩,考虑一定桩长范围计算桩头的水平刚度,同时根据结构振动频率与地基基本频率的大小关系,考虑地基材料阻尼和辐射阻尼的影响。以某高层隔震工程为例,根据实际桩布置及土层分布情况计算地基阻抗,利用等效线性化模型对结构进行反应谱分析,计算结构隔震前后SSI效应对其动力响应的影响,再利用三维非线性损伤模型分析SSI效应对结构主要构件损伤的影响。计算结果表明,随着结构层数的增加,SSI效应的影响减小,考虑SSI效应会使隔震层位移和隔震支座面压利用率提高,而对隔震层上部结构的层间位移基本没有影响;考虑SSI效应后结构连梁的损伤减小,而框架柱和剪力墙这些竖向构件损伤增加;长周期地震动作用下结构的SSI效应更显著。     

Modal Response‐Based Visual System Identification and Model Updating Methods for Building Structures

This article proposes a new system identification (SI) method using the modal responses obtained from the dynamic responses of a structure for estimating modal parameters. Since the proposed SI method visually extracts the mode shape of a structure through the plotting of modal responses based on measured data points, the complex calculation process for the correlation and the decomposition for vibration measurements required in SI methods can be avoided. Also, without dependence on configurations of SI methods inducing variations of modal parameters, mode shapes and modal damping ratios can be stably extracted through direct implementation of modal response. To verify the feasibility of the proposed method, the modal parameters of a shear frame were extracted from modal displacement data obtained from a vibration test, and the results were compared with those obtained from the existing frequency domain SI method. The proposed method introduces the maximum modal response ratio of each mode computed by modal displacement data, and from this, the contribution of each mode and each measured location to the overall structural response is indirectly evaluated. Moreover, this article proposes a model updating method establishing the error functions based on the differences between the analytical model and measurement for the natural frequencies and the modal responses reflecting both mode shape and modal contribution. The validity of the proposed method is verified through the response prediction and modal contributions of the models obtained from model updating based on dynamic displacement from a shaking table test for a shear‐type test frame.     

Performance of variable curvature sliding isolators in base‐isolated benchmark building

The performances of variable curvature sliding isolators like variable frequency pendulum isolator (VFPI) and variable curvature friction pendulum system (VCFPS) installed in the base‐isolated benchmark building subjected to bi‐directionally acting seven strong earthquakes have been studied. The shear type base‐isolated benchmark building is modelled as three‐dimensional linear elastic structure having three degrees‐of‐freedom at each floor level. Time domain dynamic analysis of the building has been carried out with the help of constant average acceleration Newmark‐Beta method and non‐linear isolation forces has been taken care by fourth‐order Runge‐Kutta method. The force‐displacement responses of the VFPI and VCFPS are studied under parametric variations of their key characteristics for the comparative performance evaluation. The time history variations of response characteristics and peak response evaluation criteria are also investigated for overall comparison of their performances. The performance of VFPI and VCFPS are observed both in uniform and hybrid isolation systems. The force‐displacement responses of both VFPI and VCFPS subjected to strong near‐field earthquakes show excessively large isolator displacements at higher initial radii of curvature of sliding surface. The large isolator displacements of VFPI and VCFPS can be restrained efficiently by addition of viscous fluid dampers in comparison to the increase in coefficient of friction of isolators. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

超高层建筑办公楼面竖向振动舒适度分析

超高层建筑由于其建筑功能的需求,如办公空间的宽敞导致了楼盖跨度增大,或是由于施工速度的要求,通常采用的铜-混凝土组合楼板致使楼盖结构整体偏柔,这些因素都会导致此类楼盖可能存在竖向振动舒适度问题.对某一起高层建筑办公楼盖体系进行了竖向振动舒适度分析和评估,采取国内外较认可的频率、加速度双控标准来评估其竖向振动舒适度.先后采用了AISC规范和有限元软件对钢-混凝土组合楼板的自振频率和人行荷载下的加速度进行了计算,结果显示该工程楼盖自振频率与 加速度响应都满足我国规范的限值要求;AISC规范在组合楼盖自振频率计算方面较为可靠,而加速度响应计算偏于保守.模态分析和瞬态分析结果表明,具有悬挑部分的组合楼盖需要着重考虑悬挑楼板区域的振动影响.