曲线梁桥近断层地震响应分析

由于近断层地震动的脉冲特性,结构在近断层地震下的动力响应与远场地震动下的情况存在较大不同。首先,选取了近断层脉冲地震动、近断层非脉冲地震动及远场地震动3类地震动记录,采用方差分析方法研究了3类地震动特征参数的差异;其次,以一典型的两跨曲线梁桥为工程案例,建立了多尺度有限元模型,对桥梁在3类不同地震动下的非线性时程响应分析进行了数值模拟,从主梁响应、桥墩响应和支座响应等方面进行分析比较;最后,研究了近断层地震动对于曲线梁桥地震响应的影响以及地震动强度指标与曲线梁桥最大响应的相关性。研究结果表明:3类地震动的峰值地面位移和峰值速度与峰值加速度的比值具有明显的差异;曲线梁桥在具有速度脉冲特性的近断层地震动作用下地震响应剧烈,易引起主梁落梁、墩柱及支座破坏;地震动强度指标峰值地面速度(peak ground velocity,简称PGV)/峰值地面位移(peak ground displacement,简称PGD)与位移最大响应的相关性最好,位移型地震动强度指标PGD和均方根位移drms与弯矩最大响应的相关性最好。     

大型立式储罐在地震作用下储液晃动问题计算

大型立式储罐受地震作用的储液晃动波高是储罐抗震设计的重要指标,该指标的设计是否合理关系到储罐在地震作用下的安全性能。近断层地震动常包含速度大脉冲和丰富长周期波形,易激发长周期特性的大型立式储罐产生大幅晃动,对储罐本身和周围环境构成重大威胁。因此,为研究近断层地震动作用下立式储罐的晃动响应,通过振动台试验、有限元仿真和各国储罐规范对波高设防合理性问题的研究,试验表明,立式储罐在近断层地震动或长周期地震动作用下,晃动波高较大,且晃动波高与输入地震动峰值加速度大致呈线性关系,对模型罐进行数值仿真,通过仿真波高和试验波高的数据拟合,两者可互相验证,得出利用有限元软件ADINA进行大型立式储罐的晃动模拟是可行的;对10 000m3立式储罐做大量近断层地震动作用下的晃动仿真,利用地震动卓越周期或脉冲周期作为频谱参数表征波高都有一定的合理性,且近断层地震动激励波高明显大于在相似参数下各国储罐规范的设计波高,因此,各国立式储罐在波高设计时,有必要考虑近断层地震动对波高的不利影响。     

地震速度动脉冲下巨-子结构体动力性能研究

为了研究速度脉冲地震动作用下巨?子结构体系的动力性能,制作了巨?子结构抗震体系及隔震体系的试验模型,首先,选择2组具有速度脉冲特性的实际地震动记录及人工合成的具有相同加速度反应谱而无速度脉冲的地震动时程作为地震动输入,分别对巨?子结构抗震体系及隔震体系进行了振动台试验;其次,利用SAP2000对试验模型进行了仿真分析,并与振动台实测结果进行了对比。结果表明：仿真分析与试验实测结果具有一定的误差,但结构响应的整体变化趋势一致;不论是理论计算结果还是试验实测结果,近断层地震动速度脉冲作用下巨?子结构抗震体系及隔震体系的地震响应要大于无速度脉冲型地震动作用下的地震响应;与巨?子结构抗震体系相比,隔震体系在速度脉冲地震动作用下的反应降低明显,具有良好的减震效果。     

近断层地震激励下门机响应研究

建立某门机有限元模型,采用时程分析法研究门机在近断层地震激励下的响应,选取21组近断层地震动记录分别研究速度脉冲效应、竖向效应及PGV/PGA值对门机位移响应及应力响应的影响。研究结果表明:速度脉冲效应会造成门机的位移响应、应力响应显著增大,双向速度脉冲地震动激励下门机最大应力比单向速度脉冲地震动大7.15%,比无速度脉冲地震动大12.41%;竖向效应会导致门机在竖直方向的振动加剧,存在钢丝绳断裂和小车脱轨的危险;门机的位移响应和应力响应均与PGV/PGA值呈正线性相关。因此门机若位于近断层区域,不可忽略近断层地震特性对门机抗震的影响。     

非线性-线性联合减震控制方法频谱特性分析

非线性质量阻尼器和线性质量阻尼器相联合的结构控制方法将非线性能量阱(nonlinear energy sink,简称NES)和调谐质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)的特点集中于一个或一组装置中,使其在具有较高减振性能的同时兼备较强的鲁棒性能。为研究单质量联合阻尼器和双质量联合阻尼器的减震性能,在某8自由度主体结构顶层分别附加各类控制装置,包括单联、双联、TMD和NES,并在脉冲型荷载作用下对各控制装置进行参数优化,考察其能量鲁棒性和频率鲁棒性。在地震作用下进行减震效果对比和频谱特性分析,得出在反应谱曲线呈斜坡型时,带有非线性特点的控制方法减震性能相对TMD较好。综合输入能量和频率变化两方面因素,非线性-线性联合控制方法减震性能更优越。     

高举架立式圆筒型储液容器附加粘滞阻尼器减震研究

通过在高举架立式圆筒型储液容器支承结构上安装粘滞阻尼器,以此来减小地震对其造成的破坏。从理论研究及有限元数值仿真分析两个方面入手,建立了高举架立式圆筒型储液容器粘滞阻尼器减震简化力学模型和有限元数值仿真模型,并进行地震动响应对比分析。结果表明,粘滞阻尼器耗能减震效果较好,结构地震动响应明显降低,尤其对储液晃动波高有一定控制作用;粘滞阻尼器减震效率与速度指数密切相关,速度指数的选取不宜过大或过小,速度指数过大时可能会导致阻尼器与结构连接处先破坏从而使阻尼器失效;速度指数过小时,对结构的控制作用有限,层间位移角较大。理论解与有限元解比较接近,相互验证计算结果的准确性。建议粘滞阻尼器耗能减震设计时,应根据工程实际情况,从结构安全及经济角度考虑,选取最佳的粘滞阻尼器配置方案。     

高举架立式圆筒型储液容器组合减震理论分析与数值仿真分析

为了减轻地震对高举架立式圆筒型储液容器产生的破坏,基于国内外学者的研究,提出了两种组合减震方式,即基础隔震与黏滞阻尼器组合减震(组合减震A)、柱顶隔震与黏滞阻尼器组合减震(组合减震B),并建立了简化力学模型和有限元数值仿真模型,从理论研究及有限元数值仿真分析两个方面进行了地震动响应对比分析。结果表明,对于不同地震动输入,组合减震措施均有较好的减震效果,组合减震B对地震动的适应能力更强;采用组合减震B时,隔震层偏移较小,有利于保护隔震层,不至于因偏移过大而造成隔震层失效,也有利于结构的安全性;采用组合减震B时,黏滞阻尼器消耗了更多的能量,使黏滞阻尼器充分发挥作用,配置更加合理,减震效果更好;理论解与有限元解比较接近,相互验证计算结果的准确性。在选择组合减震方式及进行参数设计时,需根据工程抗震要求、场地条件等实际情况,选择最合适的被动控制方式。     

转盘减震系统在桥吊结构中的应用

在常遇地震荷载作用下，桥吊需要保证其结构稳定性，满足抗倾覆的稳定性要求，满足正常的生产使用。但桥吊结构是严重偏心的结构，当不采取适当的抗震措施时往往会引起陆侧腿抬起，海侧腿压力太大而发生失稳破坏。文章在对桥吊中转盘结构的抗震减震效果分析的基础上，提出了采用转盘结构进行减震设计时的评价指标，并对影响这些评价指标的变量进行了参数分析，说明转盘减震系统中阻尼器系统和弹簧系统正确选用的重要性。并以一实例说明了转盘减震系统的效果。为此类结构的减震设计提供了依据。     

优化复合型金属阻尼器等效模型及减震性能

基于金属阻尼器屈服强度较高且不能调控的不足,提出由低屈服点钢和普通碳素钢组成的复合型金属阻尼器。首先,将"最大刚度"和"满应力状态"同时作为优化目标对边缘镂空的钢板阻尼器进行拓扑优化,获得最优的阻尼器形状;然后,针对复合型金属阻尼器的受力特点建立偏心交叉支撑等效模型,得到阻尼器屈服强度和屈服位移的近似解析解。数值分析结果表明优化复合型金属阻尼器具有滞回曲线饱满且应力均匀的优点,且可按需求调控阻尼器的屈服强度。对装有复合型金属阻尼器的框架整体抗震减震能力进行弹塑性分析,结果表明复合型金属阻尼器的减震效果明显,而经过优化的金属阻尼器性能更加优越。     

颗粒直径对阻尼器减振性能影响的试验研究

通过试验,研究了颗粒直径的大小对颗粒阻尼器减振性能的影响。搭建了简支梁试验装置,将颗粒阻尼器安装在简支粱上,通过激振器给简支梁不同频率的正弦激振力,用加速度传感器测出了简支梁在不同频率振动下的加速度幅值。试验结果表明：在一阶固有频率时,颗粒阻尼器最大减振效果可以达到50．00％,但也会加剧振动;在其他频率时,最大减振效果可达到94．74％,也会加剧振动;颗粒阻尼器都对高频振动减振效果好。这为颗粒阻尼器减振机理的理论研究提供了依据。     

空间变化地震动下输电塔-线体系振动控制研究

在考虑输电线的几何非线性基础上,建立了输电塔-线体系的三维有限元计算模型.依据现行《电力设施抗震设计规范》,模拟生成了适合输电塔-线体系的多点地震动时程.利用质量、弹簧单元和阻尼单元模拟了调谐质量阻尼器,并对控制参数进行了优化.运用非线性时程分析方法,研究了多点地震激励对高压输电塔-线体系振动控制的影响.研究结果表明调谐质量阻尼器的减震效果显著,能够有效地减小输电塔的地震响应;仅考虑行波效应和多点激励对输电塔的减震效果影响较小,并且多点激励对输电塔的减震效果优于一致激励,但仅考虑相干效应减弱了输电塔的减震效果.     

Application of smart passive damping system using MR damper to highway bridge structure

Magnetorheological (i.e., MR) dampers are one of the most prospective semiactive control devices for civil engineering applications to earthquake hazard mitigation, because they have many advantages such as small power requirement, reliability, and low price to manufacture. A smart passive system based on an MR damper system without including a power supply, controller, and sensors consists of an MR damper and an electromagnetic induction (i.e., EMI) system that uses a permanent magnet and a coil. The electromotive force induced by movement of a structure can control MR damper effectively without any external power supply and control algorithm. This smart passive control system is implemented to verify the effectiveness for seismic protection of benchmark structural control problem for the seismically excited highway bridge, which is based on the newly constructed 91/5 highway over-crossing in Southern California. The results of the numerical simulations show that the presented control system can be beneficial in reducing seismic responses of benchmark bridge structure.     

梯形钢阻尼器盆式橡胶支座的吸能特性研究

针对在单向力作用下梯形钢阻尼器的变形情况,建立整体结构的水平力-位移表达公式,通过ABAQUS软件进行仿真,得到支座荷载-位移的滞回曲线,分析不同影响因素对支座滞回曲线的影响规律.通过地震荷载响应分析,得到地震荷载下的荷载-位移曲线,同时分析了单向与双向加载下的吸能特性.结果表明:新型支座具有良好耗能特性,可以有效地减...     

可控磁流变阻尼器滞环模型的比较

磁流变阻尼器(Magneto-rheological damper, MRD)在结构振动半主动控制领域具有广泛的应用前景,半主动控制器设计和控制分析需要建立精确、简洁、通用的滞环阻尼力-速度(F-v)模型.在多组不同激励幅度、频率和控制电流下对MRD进行性能测试,在激励性质和控制电流变化时,MRD的输出阻尼力具有强滞环非线性特性和电流控制与滞环算子相分离的特性.针对非线性滞环双粘滞模型、现象模型、S型滞环模型和基于Sigmoid函数的通用滞环模型的优点与不足,提出MRD电流控制与滞环特性相分离的一般化模型,易于求解逆模型且有利于基于模型的高级控制器设计.引用已提出的基于Sigmoid函数的电流控制函数对典型模型进行修正,使其能准确适应控制电流的变化,并根据测试数据用最小二乘法辨识各修正模型的参数,在不同控制电流和激励性质下,将各修正模型的计算结果与测试结果进行比较,结果表明,各类修正模型均具有较高的准确性.     

自适应TMD减振性能试验

为改善目前工程中应用的调谐质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)对频率敏感和频率难以调节的缺点,提出了一种自适应TMD,由可变质量块、弹簧、伺服控制系统、驱动系统和阻尼器组成。其中,伺服控制系统由一个加速度传感器和一块单片机电路板组成。在环境激励下,单片机电路板接收位于主结构上的加速度传感器传来的信号,利用短时傅里叶变换识别得到主结构的第1阶自振频率,并自发启动驱动装置改变TMD的质量,以调节TMD的频率与识别得到的主结构频率一致。通过人行桥模型试验验证了自适应TMD的可行性、可靠性和有效性。试验结果表明,自适应TMD能准确识别模型结构的竖向一阶自振频率,并通过调节质量重新调谐自身频率,与识别得到的频率相同。自由衰减振动试验和受迫振动试验表明,与启动调节前的失调TMD相比,启动调节后的谐调TMD能够提高模型结构的等效阻尼比,降低其加速度响应峰值和均方根值。     

大跨双层斜拉桥的行波效应

以目前跨度最大的双层公路斜拉桥——上海闵浦大桥为例,研究行波效应对大跨双层斜拉桥地震响应的影响。建立考虑双层桥面间不同腹杆的梁壳空间有限元模型,通过静力几何非线性分析获取全桥的初始平衡态,在此基础上进行特征值分析与几何非线性动力分析,分别获取全桥的动力特性与地震响应。分析了3组不同地震波在不同视波速下的大跨双层斜拉桥的地震响应,给出了视波速对主塔、辅助墩地震响应以及塔梁、墩梁纵桥向相对位移的影响规律。研究表明,行波效应对大跨双层斜拉桥地震响应的影响对地震波特性以及视波速具有一定的依赖性,因此选定合适的地震波与确定合理的视波速范围尤为重要。     

基于倒塌分析的连续梁桥地震损伤评估方法

为了掌握钢筋混凝土连续梁桥在地震作用下从完好到倒塌的破坏历程,首先,基于振动台试验研究对两跨连续梁桥模型进行倒塌仿真分析;其次,建立结构层次的单一倒塌准则;最后,根据影响结构倒塌的关键构件提出两跨连续梁桥地震损伤的整体评价指标D和破坏等级划分标准。结果表明:提出的能量比指标可以有效识别出地震损伤时刻甚至倒塌时刻,当能量比小于能量比限值时即可判定进入倒塌阶段;纵向地震动作用下中墩墩柱和固定支座是关键受力构件;基于关键构件提出的两跨连续梁桥地震损伤整体评价指标D可对不同损伤程度的两跨连续梁模型桥进行评估,该评价体系也可为同类桥型的地震损伤评估和抗震加固提供参考。     

弹性连接失效对大跨斜拉桥地震响应影响

首先,以附加弹性连接(elastic connection,简称EC)的线性单自由度(single degree of freedom,简称SDOF)系统为例,研究弹性连接的失效对系统动力时域响应的影响;其次,以一座半漂浮体系的大跨斜拉桥在两组地震作用下的地震响应为例,研究塔(墩)梁间弹性连接失效对大跨斜拉桥结构地震响应的影响。研究表明:弹性连接失效对大跨桥梁动力响应存在重要影响,动力响应存在明显差异;考虑弹性连接失效后,如果在地震中弹性连接出现失效,大跨斜拉桥加劲梁地震内力明显小于未考虑弹性连接失效的情况,但加劲梁和塔顶纵桥向位移会有所增加;应当设置合理的弹性连接及其失效限值,保护主体结构在地震中的安全。     

基于遗传算法的电磁防振锤参数优化

为了优化电磁防振锤结构参数,对其结构建立了参数化模型;以此为基础,以电桥电阻平均功率最大为优化目标,以电桥平衡方程为主要约束条件,用遗传算法对电磁防振锤主要结构参数进行了优化设计。结果表明,与机械防振锤相比,电磁防振锤在风振频率为(6～40)Hz范围内防振效果好。