增位型阻尼墙力学模型及跨层减震结构的地震响应分析

提出了一种将增位型黏滞阻尼墙跨层布置的增效耗能减震结构体系。基于能量等效原理,并采用积分的方法建立了增位型阻尼墙的阻尼力和滞回耗能的计算公式,进行了普通黏滞阻尼墙和位移放大3倍的增位型阻尼墙的拟静力试验,在相同的位移幅值和加载频率下,增位型阻尼墙的阻尼力放大4.40倍,耗能平均放大4.41倍。进一步对某30层混凝土框架核心筒结构进行普通阻尼墙与增位型阻尼墙的地震响应对比分析。通过对比分析验证了增位型阻尼墙的减震效果,并且发现增位型阻尼墙跨层布置时的结构附加阻尼比倍数提高,结构响应进一步减小。将增位型阻尼墙跨层布置可取得更优的减震控制效果。     

带TMD结构随机地震响应分析的复模态法

本文对多自由度带TMD结构的随机地震响应问题进行了系统研究。首先将结构简化成多层剪切型模型。然后建立运动方程，根据结构的振动反应以第一振型为主，将结构按第一振型展开，针对所得方程为非经典阻尼，非对称质量和非对称刚度情况，运用复模态理论进行解耦，获得了以第一振型表示的结构地震响应的解析解，对单自由度体系，此解即为结构响应的精确解，从而建立了两自由度体系在任意非经典阻尼，非对称质量和刚度情况下随机地震响应解析解分析的一般方法。本文方法也可用于基础隔震结构和无损伤“加层减震”加固结构的随机地震响应分析与优化设计。     

多自由度一般积分型粘弹性阻尼减震结构的 随机响应与等效阻尼

该文对任意多自由度带支撑一般积分型粘滞和粘弹性阻尼器减震结构的随机响应与等效阻尼比的解析分析法进行了系统研究。首先建立了结构一般运动方程;然后将运动方程化为振型广义坐标的微分和积分混合地震响应方程组;继而基于多自由度随机平均法理论,获得了结构随机平均Itô方程组的解析式,推导出耗能结构各振型振子的振幅与相位瞬态联合概率密度函数、位移与速度瞬态联合概率密度函数、位移与速度瞬态响应方差的一般解析解;最后,基于与多自由度随机平均法分析完全相同的等效准则,建立了耗能结构各振型等效阻尼比的一般解析式,并根据CQC和SRSS组合方法,建立了耗能结构随机地震响应方差的解析式,给出了带支撑广义Maxwell阻尼器和广义微分模型阻尼器减震结构随机响应和各振型等效阻尼比的一般解析式,通过与一些典型问题的模态应变能法的计算精度对比分析,表明了所提方法的有效性,使耗能结构可直接应用反应谱法进行设计,从而建立了带支撑任意线性粘滞和粘弹性阻尼器一般耗能结构随机响应与特性等效阻尼分析的完备解析解法。     

粘滞阻尼器拱桥结构减震控制研究

基于现代控制理论,将设有粘滞阻尼器耗能支撑的拱桥减震结构看作一控制系统,利用MATLAB中的SIMULINK工具箱对拱桥减震结构进行动态仿真分析,研究粘滞阻尼器参数选择以及在受到地震激励作用下该被动减震系统用于拱桥的减震效果。对粘滞阻尼器采用简化M axwell模型,就其阻尼器的阻尼系数、速度指数等参数的取值进行了详细的模拟计算与分析,证实对于算例中的拱桥结构所采用的粘滞阻尼器计算模型,在一定范围内,速度指数取0.6~0.9之间,结构反应最小。拱桥减震结构动态仿真分析结果表明:安装了粘滞阻尼耗能支撑的拱桥地震动力反应有较明显地减小。     

支座激励下端部带水平减震装置悬索的动力分析

近年来工程中常将索网幕墙直接支承在两相邻结构上,在地震作用下两相邻结构的相对位移将引起索网幕墙破坏,造成安全隐患。针对相邻结构间单向索采光顶,提出在悬索端部附加水平减震装置来减小悬索的地震响应。水平减震装置包括弹簧和阻尼装置,弹簧装置可以减少悬索的地震输入,而阻尼装置可为结构提供附加阻尼;建立了端部带减震装置悬索的动力模型,推导了频率及模态阻尼比的计算公式,分析结构的阻尼特性,对支座激励下端部带减震装置悬索进行动力试验,检验了减震效果。结果表明：悬索动力特征系数αb²、刚度系数γ_k及阻尼系数ν是控制结构振动特性的3个无量纲关键参数,为了给悬索提供足够的附加阻尼,建议在工程上ν取值0～150,γ_k取值0～1;经减震装置参数的合理设置,悬索的动索力和动位移可减小30%以上。αb²较小或支座激励远离悬索自振频率时可仅在索端部设置弹簧减震装置,αb²较大且支座激励接近悬索自振频率时需设置弹簧阻尼减震装置。     

MTMD-耗能框架填充墙减震数值分析

在多功能围护墙减震结构体系中,围护墙作为一个质量调谐减震阻尼器（TMD）中的质量块,可以克服传统框架结构在动力荷载作用下不能持久耗能的缺点。为了研究新型围护墙减震结构的减震性能,使MTMD减震技术更好的应用于结构设计,结合MTMD体系的减震原理、参数优化设计方法,对MTMD-钢框架结构系统的减震装置参数进行分析;应用SAP2000数值分析软件对结构的振动特性进行计算;采用时程分析法分别对普通钢框架、MTMD减震钢框架的地震反应进行对比分析。计算结果表明：基于多功能围护墙减震结构体系的MTMD钢框架具有显著的减震效果。模态分析得出各阶振动周期相应增大2-3倍;从时程分析结果来看,能够有效地减小结构地震反应峰值,减震效果一般在5%-40%之间。为MTMD在结构抗震方面的设计提供理论依据     

耗能减震结构的摄动分析方法

针对用振型分解法对耗能减震结构进行反应分析中存在的计算精度差且耗时的问题,提出了求解振动方程特征值问题的改进一阶摄动的高精度模态展开法,并推导了强行解耦的振型分解的一阶摄动修正公式。最后通过算例证明,提出的摄动分析法是有效的。     

框架-分布摇摆芯筒-核心筒结构体系力学模型及耗能减震性能分析

为了提高传统框架-核心筒(frame core tube, FCT)结构的经济性，提出框架-分布芯筒-核心筒(frame-distributed tube-core tube, FDCT)新型高层结构体系，用以减小传统筒体围合面积。进而提出框架-分布摇摆芯筒-核心筒(frame-distributed rocking tube-core tube, FDRCT)新型高层结构体系，改善FDCT因刚度削弱导致的抗震能力下降。根据FCT结构、FDCT结构和FDRCT结构的简化分析模型，基于Lagrange方程建立三种结构的动力方程。通过分析地震下结构的时程响应，针对分布摇摆芯筒的质量进行相关参数分析，证明附加摇摆体系的FDRCT结构具备优良的耗能减震性能。对三种结构分别进行了不同场地条件以及不同类型长周期地震波下动力时程分析，结果表明FDRCT结构在不同类型地震波下均有耗能减震效果，且在长周期地震波下更为优越。对三种结构的性能-利润总值进行评估，结果表明在不同类型地震波下FDRCT结构均可实现既能提升结构的经济性，也能保证结构在地震下的安全性能。     

钢弹簧隔振减震装置性能试验及其结构振动控制参数分析

近年来,由钢弹簧隔振器和阻尼筒组成的钢弹簧隔振减震装置,被用于地铁沿线建筑结构的振动控制。目前,该装置在多向控制性能测试试验和参数分析研究方面存在不足,实际工程中大多采用验算法来满足设计要求,设计过程在实用性和最优性上存在不足。研究分别从竖向和水平向上进行了钢弹簧隔振器压剪性能试验和阻尼筒耗能试验,分析得到隔振器力学性能参数和阻尼筒耗能性能参数;接着以应用该装置的20层Benchmark模型为研究对象,通过数值模拟计算分别对竖向环境激励和水平向罕遇地震动输入下,隔振减震装置参数对结构振动控制效果影响进行了系统分析,研究分别给出了装置中隔振器和阻尼器有效性能参数的取值范围。研究成果可为钢弹簧隔振减震装置的结构振动控制应用提供参考和指导。     

高层隔震结构减震机理探讨

从时域和频域两个角度分别研究了高层隔震结构的减震机理。采用ETABS软件建立了高层框剪隔震建筑模型和多层框架隔震建筑模型,输入单向地震波,后提取隔震层的加速度时程,将其视为地震动,输入原抗震结构中。文中对比了两者隔震前后的加速度反应谱,发现无论是高层隔震结构还是多层隔震结构都存在多振型减震的作用,但在高层结构中,高阶振型反应谱加速度的减少量相对于第一阶振型反应谱加速度的减少量要大很多,而在多层结构中,高阶振型的减少量与第一阶振型差不多,使得多振型减震在高层结构当中的效应要远大于多层结构;对比两者隔震前后基底最大剪力的减震率,发现对于高层隔震结构,叠加上高阶振型后,基底最大剪力的减震率有较大的提高,而对于多层隔震结构,减震率变化不大。从以上两个方面可以说明,多层隔震结构的高阶振型减震效应很小,且以第一振型减震为主,而高层隔震结构存在较大的高阶振型减震的效应,从而产生了其多振型减震的效应     

充液贮箱液固耦合振动模态与阻尼比研究

对于液体运载火箭纵向振动的稳定性分析,在建立贮箱内液体的振动模型时,不仅需要考虑结构的弹性特性,还需要考虑液体晃动时的阻尼特性。由于模态阻尼比与一个振动周期内阻尼力做功、平均机械能及模态固有频率相关。因此可以先通过结构与液体的耦合振动分析确定其模态,进而分别计算液体与结构接触面、自由面以及液体内部阻尼力做功,同时计算平均机械能,从而得到模态阻尼比。在计算模态阻尼比时,对耦合振动的模态分析、液体内部流场计算均采用等效比拟的方法,为充分利用通用程序计算创造了条件。此方法不仅能够提高效率,同时也便于工程上的应用。     

新型高速铁路客站多维抗震分析的实用反应谱法

针对“房桥合一”高速铁路客站不同阻尼比构件、大跨构件较多,对其阻尼模型和多维实用反应谱法进行了研究。首先通过位能加权阻尼和振型分解法的原理,得出位能加权阻尼的激励为各振型响应,并基于单元刚度矩阵推导了位能计算公式。接着在结构自振周期不超过4.5倍场地特征周期的条件下,对水平与竖向加速度互功率谱的表达形式进行了替代。基于两者,利用随机振动理论与反应谱理论推导了能合理考虑各向振型间相关性的实用反应谱公式。最后,以天津西站II区为例加以应用,并与时程分析、多种常用多维反应谱组合法进行了比较,说明该公式的合理性,可供同类结构抗震设计与分析作参考。     

基于分布参数模型的复合自复位结构参数分析

该文提出一种复合自复位结构,该结构在体系层次上由主、次两个子体系组成。主体系承担结构基本的使用功能,可以简化为剪切梁;次体系承担控制结构损伤模式、耗能和自复位的功能,可以简化为底部带有弹性转动约束的弯曲梁;二者组成复合自复位结构的剪弯梁分布参数模型。求解微分方程得到体系振型方程的闭合解。将剪弯刚度比和弯曲梁与底部弹性转动约束刚度比作为参数,分析了二者对体系的特征值、振型、振型参与系数和振型转角的影响,从动力学的角度解释了体系控制损伤模式的机理。利用该分布参数模型,可以合理地选择两种刚度比参数,使体系的层间位移分布均匀。结合振型叠加法计算结构响应,该模型可以为体系的初步设计和方案选择提供一定的参考。     

双材料自由阻尼层结构拓扑优化设计方法

目的 在不减小板壳结构动刚度的前提下有效提高板壳结构的抗振性能,提出一种板壳阻尼复合结构拓扑优化设计.方法 以结构模态阻尼比为目标函数,以某阶固有频率不小于设定值为约束条件,推导目标函数和约束条件对设计变量的灵敏度表达式,采用SIMP插值函数和移动渐近线法求解优化数学模型.结果 研究表明,文中提出的双材料阻尼层结构相比传统单材料阻尼层结构的振动响应明显减小,同时适当改变设计目标和约束条件,可满足不同的工程应用需要.结论 通过在宏观上对高刚度低阻尼材料和低刚度高阻尼材料的分布进行了设计,优化后的结构兼顾低刚度高阻尼材料的高阻尼特性和高刚度低阻尼材料的高刚度特性,实现了结构高刚度高阻尼的设计.     

振动特性参数对单自由度系统振动响应的影响

目的 为研究弹簧刚度、阻尼比和振动偏心距离不同振动特性参数对单自由度线性系统振动响应幅值的影响。方法 首先采用单因素实验,研究弹簧刚度、阻尼比和振动偏心距离对单自由度线性系统振动响应幅值的影响;在此基础上,通过采用Design Expert 11.0软件的响应面法实验（三因素三水平实验）研究不同振动特性参数交互作用对振动响应幅值的影响,建立振动响应幅值的二次多项式回归数学模型,并对减振幅值进行优化。结果 通过实验分析得到,各因素对振动响应幅值的影响强弱顺序,阻尼比>弹簧刚度>振动偏心距离;建立了检测点的响应方程,检测点的回归方程决定系数为0.981;得到多目标参数优化结果,弹簧刚度为2.009 N/mm,阻尼比为0.1,振动偏心距离为12.38 mm。结论 实验结果与预测值接近,说明此响应面法得到的数学回归模型具有一定的可靠性,该研究可为缓冲包装参数设计提供参考。     

约束阻尼板结构模态实验及阻尼特性研究

约束阻尼结构可在较宽的频带范围内抑制结构的振动,已在机械和交通等领域广泛应用。本文采用多输入多输出（MIMO）的锤击法,对一种约束阻尼板进行模态实验,参数识别得到其固有频率、振型及模态阻尼。通过模态实验和有限元结果的相互对比,验证了模态测试结果的可靠性。在此基础上,对敷设粘弹性阻尼的悬臂板结构进行了阻尼特性的研究,讨论了材料参数和结构参数对模态阻尼的影响,为结构的减振降噪及优化设计提供依据。     

考虑裂纹表面摩擦阻尼的振动疲劳裂纹扩展分析

以含表面裂纹悬臂梁为研究对象,研究了裂纹面摩擦效应对裂纹疲劳扩展的影响。分析时,用双线性弹簧描述裂纹呼吸行为,用Galerkin方法把呼吸裂纹梁简化为单自由度系统,基于Coulomb摩擦模型和能量耗散理论推导了摩擦阻尼损耗因子,运用广义的Forman方程模拟疲劳裂纹扩展,通过振动分析与裂纹扩展计算同步进行的方法考虑振动与疲劳的耦合效应,探讨了摩擦阻尼对裂纹梁疲劳裂纹扩展寿命的影响。结论表明,摩擦阻尼损耗因子随裂纹扩展呈单调递增趋势,摩擦阻尼对振动疲劳裂纹扩展的影响不容忽视     

拉索-阻尼器-弹簧系统的阻尼特性分析

该文研究得到了拉索-阻尼器-弹簧系统的复特征频率方程。在阻尼器和弹簧安装点距拉索锚固点长度与拉索长度之比远远小于1的假设条件下,得到了拉索-阻尼器-弹簧系统模态阻尼比的近似解析解,该近似解析解与数值计算得到的精确解对比吻合良好。当弹簧和阻尼器处于同一侧时将会减小拉索所能获得的最大模态阻尼值,而当阻尼器与弹簧在拉索两端时弹簧对阻尼的影响几乎可以忽略。当阻尼器仍处于拉索锚固点附近而弹簧位置向中间移动时由阻尼器引起的频率变化量仍是小量的条件下,得到了结合数值频率解的拉索-阻尼器-弹簧系统模态阻尼比近似解析式。此时拉索所能获得最大模态阻尼比、对应的最优阻尼系数、无量纲频率与弹簧位置、刚度之间存在明确的变化关系。该文研究成果对于拉索端部同时附加橡胶减振器和阻尼器、附加阻尼器的索网结构减振设计具有重要的参考价值。     

基于解析小波变换的变压器绕组模态参数识别

电力变压器绕组的模态参数与绕组结构振动特性、动力特性优化设计及振动故障诊断密切相关,考虑到传统的模态识别方法在获取变压器绕组这类非线性系统参数时的局限性,在对某10 kV实体变压器绕组进行轴向激振实验的基础上,引入复小波变换法对测试得到的振动信号进行分析,同时使用Crazy Climber算法提取小波脊线,得到变压器绕组的前三阶固有频率及其对应的阻尼比。计算结果与目前通用的频域识别方法Poly Max法识别结果的良好吻合说明计算结果的正确性。此外,计算结果表明基于小波变换的模态参数识别方法具有较强的抗干扰性能力,适合于分析变压器绕组这类复杂结果的模态参数。     

基于多尺度方法的带颗粒阻尼悬臂梁自由振动半解析分析

被动式颗粒阻尼器原理简单、性能优越,广泛应用于结构减震领域。极端环境容易激起结构的高频振动,颗粒阻尼的非线性特性使得多模态振动的减振特性相互耦合。采用模态综合法分析自由端带集中质量块的悬臂梁、离散单元法模拟颗粒阻尼器中颗粒集的运动,基于多尺度分析的球-墙耦合模型建立了揭示结构多模态振动条件下颗粒阻尼减振机理的半解析分析模型。分析表明,颗粒阻尼器具有良好的减震效果,减振性能受结构振动模态影响很大。与单一模态振动减振性能相比,多阶模态振动同时存在时,低阶模态幅值的衰减出现了滞后,而高阶模态幅值的衰减则明显加快。因此,采用单一模态获得的等效阻尼比不足以表征复杂振动条件下颗粒阻尼器的减振性能。