混合控制消能减震伸臂桁架上海中心抗震性能研究

在超高层建筑结构体系中,相对于传统伸臂桁架,新型消能减震伸臂桁架能显著提高结构的抗震性能,但同时也存在一些不可避免的问题。屈曲约束支撑伸臂桁架在小震下仅提供刚度不耗能,在中震下屈服耗能有限;黏滞阻尼伸臂桁架因黏滞阻尼器自身最大阻尼力限制,在中震和大震下对结构侧移控制效果不佳。混合控制消能减震伸臂桁架结构综合利用多种消能构件,同时为结构提供足够刚度和附加阻尼,具有更为全面的抗震性能。本文以上海中心为研究背景,研究了混合控制消能减震伸臂桁架结构在各烈度地震作用下的消能减震效果,同时探讨了黏滞阻尼伸臂桁架与屈曲约束支撑伸臂桁架相对数量变化对结构抗震性能产生的影响。将为消能减震伸臂桁架超高层结构体系的进一步研究和应用提供借鉴。     

粘弹性减震控制结构随机状态反应分析

利用粘弹性阻尼器进行结构的减震控制是最为常用的被动控制方法,对粘弹性减震控制结构动力反应分析中较多的研究集中于确定性的地震激励分析,然而确定性的地震激励不具有代表性.为此,本文对粘弹性减震控制结构进行了随机状态反应分析,在平稳过滤白噪声激励下建立了减震控制结构的状态方程,然后导出了减震控制结构的位移谱密度反应.通过对加有粘弹性阻尼器的八层框架结构进行实例分析,分析结果表明:具有代表性激励的随机振动方法能准确的分析粘弹性减震控制结构的动力反应,同时谱密度反应的对比结果表明粘弹性阻尼器具有优良的减震效果.     

考虑桥面随机不平顺的桥梁动态响应研究

基于随机振动理论研究了桥面不平顺影响下,车桥耦合振动作用时的中小桥梁动态响应曲线。通过建立车桥耦合振动方程,基于虚拟激励法对重力引起的确定性激励和桥面不平顺引起的随机激励求解,得到了桥梁跨中挠度和应力响应的均值和标准差。运用 法则定义随机激励的确定值值域,分析了桥梁跨中位移和应力响应在不同车速和桥面不平顺等级作用下的特性,并讨论了动态响应曲线与准静态影响线的差异。结果表明：桥梁跨中挠度和应力标准差受车速和桥面不平顺等级变化的影响很大;桥梁动态响应值域范围很大,具有较强的随机性;相比准静态影响线,动态响应曲线更能体现车桥之间激励的耦合随机作用。     

消能减震结构的损伤集中分布研究

消能减震结构是一种应用前景非常广泛的结构抗震体系。利用能量平衡的原理,采用质点系振动模型,通过对建筑结构模型进行地震响应和能量耗散的时程分析,讨论了在结构中设置薄弱层即消能层,控制结构在地震中的损伤集中分布在结构消能层的理论可行性,研究了所布置阻尼器及结构薄弱层的参数对损伤的集中程度的影响。结果表明设置消能层能够集中损伤,并可以减少消能层上部主体结构的截面尺寸,达到节省建筑材料提高经济效益目的。     

具有负刚度特征的半周摩擦阻尼装置的开发及应用研究

在消能减震措施中,为达到满意的减震效果,需在建筑结构的多个楼层布置耗能装置,占用了较多的建筑空间,为此提出仅需在底部楼层布置耗能装置的负刚度阻尼消能减震技术方案。为实现该方案,研发了一种力学性能稳定、构造简单,行程大,具有负刚度特征的半周摩擦阻尼装置。通过性能试验验证了该装置能够实现预期的滞回模型,进行了单自由度体系和框架结构的减震模拟分析,结果表明,采用半周摩擦阻尼装置进行减震可以增大结构阻尼、延长结构周期、对结构地震响应起到理想的控制效果。     

单自由度混联Ⅱ型惯容减震体系的 随机地震响应与参数设计

为了解混联Ⅱ型惯容减震系统(SPIS-Ⅱ)的减震机理,该文对设置SPIS-Ⅱ的单自由度体系进行了随机地震响应变化规律的研究并提出了参数优化设计的方法。首先在体系运动微分方程的基础上,基于随机振动的理论和方法推导了SPIS-Ⅱ单自由度体系在地震作用下频域响应传递函数及随机响应均方根的表达式。接着以金井清谱为随机地震输入模型,基于随机响应表达式研究了地震动参数和SPIS-Ⅱ关键参数对单自由度体系响应变化规律的影响。然后在参数研究的基础上,提出了SPIS-Ⅱ单自由度体系在地震作用下的实用优化设计方法,该方法以性能需求为设计目标,可同时考虑响应与成本的控制以及输入地震动的频谱特征。最后根据所提出方法编制程序进行了一系列实例设计,并进行了动力时程分析验证,设计及分析的结果均证实了该文提出方法的有效性。     

多维多点输入下大跨度连体高层结构地震反应振动台阵试验研究

利用振动台阵在多维多点激励下对大跨度连体高层结构的地震响应进行了试验研究. 试验中分别对结构输入了单维及多维、一致及不同视波速的行波激励以考察多维地震分量以及行波效应对结构地震响应的影响程度. 试验结果表明:多维地震分量将增大结构地震响应;行波效应可能使连接部位关键杆件的应力有明显增大;同时考虑多维多点时结构沿强轴向加速度响应有所减小, 而沿弱轴向加速度响应明显增大;连廊结构在考虑多维多点地震输入时其竖向地震响应将有明显放大. 因此在对此类结构进行抗震设计时应考虑多维多点地震激励的 影响.     

基于混合消能减震技术非对称双塔连体结构抗震性能研究

以某非对称双塔连体超高层结构为研究对象,选取与建筑所在场地相匹配的地震波作为激励,通过对结构进行非线性动力时程分析,研究混合消能减震连体结构在各烈度地震作用下的消能减震效果,探讨了屈曲约束支撑(buckling-restrained brace, BRB)与黏滞阻尼悬臂桁架的位置变化对结构抗震性能的影响,同时对结构进行了全面的抗震性能评估。研究结果表明：在连体结构中、上部的加强层中布设阻尼器时,结构具有更佳的减震效果;在不同水准地震作用下,BRB与黏滞阻尼悬臂桁架耗能阶段不同且具有不同的耗能效率,混合消能减震技术可以综合不同类型阻尼器的优势作用,使连体结构具有更全面的抗震性能。在控制变形方面,其能够降低连体结构的扭转效应和层间位移角;在构件耗能方面,其减轻了主体构件进入塑性的程度,降低了结构主要受力构件的应力水平。将为混合消能减震技术在连体超高层结构中的进一步研究和应用提供借鉴。     

非一致地震激励下大跨度桥梁弹塑性随机响应分析研究

大跨度桥梁地震激励具有明显的非一致性和随机性,且在强震作用下大桥部分构件会进入弹塑性状态,然而目前尚缺乏非一致地震激励下大跨度桥梁弹塑性随机响应的有效计算方法。在大质量法的基础上推导了非一致地震激励下大跨度桥梁弹塑性动力响应的时域显式表达式,利用该表达式的降维列式优势,仅需针对结构弹塑性单元自由度进行迭代计算,进而对大跨度桥梁结构快速开展弹塑性时程分析;结合蒙特卡罗法,高效获取非一致地震激励下大跨度桥梁的弹塑性随机响应。以某主跨为1 200 m的悬索桥为工程实例,采用纤维梁柱单元模拟大桥弹塑性构件,开展顺桥向非一致地震激励下的弹塑性时程分析以及弹塑性随机振动分析,验证了该方法的正确性和高效性。研究结果表明,该大桥非一致地震激励下的内力标准差和平均峰值比一致地震激励下的结果既可能偏大也可能偏小。     

近断层脉冲型地震动作用下高层建筑组合隔震的减震性能研究

近断层地震动中的长周期、短持时、高能量的加速度脉冲将对长周期高层隔震结构的减震性能产生不利影响,尤其易使LRB(lead-rubber bearing)支座产生超限变形,导致在大的面压与位移共同作用下发生剪压破坏;此外,考虑土-结构相互作用(SSI效应)后隔震结构将产生动力耦合效应,可能进一步放大隔震结构地震响应。提出滑板支座、复位装置相结合的新型组合隔震系统,利用滑板支座承担大的竖向荷载、复位装置因不承担竖向荷载而获得更大的变形能力且起隔震层自复位作用。考察近断层脉冲型地震动作用下长周期高层隔震结构的地震响应规律,揭示隔震体系的损伤机理。基于集总参数SR(sway-rocking)模型,分析不同场地类别与不同地震动类型对隔震体系动力响应影响规律。结果表明:近断层罕遇地震下LRB隔震系统因变形超限而失效;新型组合隔震系统能保证近断层脉冲型地震下隔震的有效性,且具有较为良好的减震性能,但相比普通地震动减震效果变差;对于Ⅲ,Ⅳ类场地类别,考虑SSI效应使隔震体系的刚度弱化,致使层间位移角增大,且随着土质的变软增大的幅度也越明显。     

高层建筑中伸臂桁架的耗能性能研究

伸臂桁架是超高层结构中的关键构件,改善其耗能能力对提升结构的抗震性能具有重要意义.常见的伸臂桁架形式主要有普通支撑型伸臂桁架、屈曲约束支撑型(BRB)伸臂桁架和阻尼型伸臂桁架等.该文从框架-核心筒-伸臂桁架结构体系入手,对普通支撑型、屈曲约束支撑型和阻尼型伸臂桁架的受力性能和耗能性能进行了研究.结果表明,结构采用不同的...     

设置自复位耗能支撑的斜拉桥横向抗震性能研究

为减小斜拉桥横桥向的地震响应,提出一种设置预压弹簧自复位耗能支撑的斜拉桥横向减震体系及支撑参数的设计方法。以一座斜拉桥为研究对象,对支撑参数进行了设计,并对塔梁固结体系和采用支撑的减震体系进行地震时程分析,从关键位置的地震响应、耗能能力等方面对支撑体系的抗震性能进行了研究。结果表明,横桥向采用预压弹簧自复位耗能支撑的斜拉桥减震体系利用支撑良好的滞回耗能特性,有效减小桥塔位移和应变,改善桥塔受力,减小主梁的残余位移。附加预压弹簧自复位耗能支撑对斜拉桥地震响应有良好减震控制效果,是一种合理的抗震体系。     

随机地震激励作用下自复位结构的平稳响应

自复位结构是一种震后不需修复或仅需少量修复即可继续投入使用的新型抗震结构。目前有关自复位结构地震响应的研究多是在确定性激励下进行,鲜有涉及随机激励环境。假定地震动加速度过程为金井清过滤白噪声模型,研究了随机地震激励下单自由度自复位体系的平稳响应。应用广义谐波平衡技术分解旗帜形的恢复力,建立原系统的等效非线性随机系统。通过Stratonovich-Khasminskii极限定理作随机平均,得到关于幅值的近似一维扩散过程。建立并求解对应的FPK方程,得到关于幅值的稳态概率密度函数并进行参数分析。数值结果表明,能量耗散系数与屈服位移的减小能降低系统响应,同时,随着这两个参数的变化,系统会出现随机P分岔现象。通过蒙特卡罗数值模拟法验证了解析解的有效性。     

地震空间变异性对车桥系统响应的影响分析

该文研究地震空间变异性对车桥动力相互作用的影响.依据场地特征,采用基于谱理论的无条件模拟方法产生非平稳的多点地震加速度时程;使用临界阻尼振子形式的高通滤波器对其修正,进而得到满足一致化要求的地震记录.影响空间变异性的因素均能够在该地震记录中得到充分反映.推导了绝对坐标系下考虑地震作用的车桥系统运动控制方程;其中,地震激励以位移时程形式作用到桥梁结构上.最后,选取8 节车辆编组的高速列车通过3 垮钢桁拱桥作为研究对象,分别进行了在地震动行波激励以及完全空间变异性激励作用下的动力响应分析;并将结果进行了对比.数值分析结果表明:车桥耦合动力分析中输入地震动需要考虑完全空间变异性的影响,这才能保证所有分析车速范围内车辆响应结果偏于安全.     

基于APDL的托盘支腿结构承载能力的非线性屈曲分析

目的探究新型重载纤维模塑托盘支腿结构的承载能力及非线性屈曲变化规律。方法依据制备的纤维模塑材料参数为基础,通过编写Ansys APDL程序,对设计的重载纤维模塑托盘支腿结构进行压缩载荷下的非线性屈曲模拟。结果 Anays模拟与实验得到的极限载荷值误差均在5.2%以内,具有很好的模拟精度。重载纤维模塑托盘支腿在压屈变形过程中,最大应力-应变变化表现为4个阶段,即弹性阶段、强化阶段、屈曲变形阶段和应力失效阶段。不同尺径支腿的屈曲变形阶段应力均维持在12.69 MPa左右,低于材料极限强度。增大壁厚或拔模角度,能增强支腿后屈曲变形阶段的承载能力;增大壁厚或减小拔模角度,能增大支腿的极限载荷。拔模角度为1.5°~2.0°,倒圆角半径为9~15 mm时,有利于支腿模塑工艺的实现及优良承载性能的获得。结论极限载荷与支腿壁厚和拔模角度具有很好的线性拟合优度,可通过壁厚或拔模角度预测支腿结构的极限承载。     

Analysis of damped sinusoidal signals via a frequency-domaininterpolation algorithm

An algorithm for the estimation of the parameters that characterize a linear combination of damped sinusoids is presented. The procedure is based on an interpolation scheme applied to the discrete Fourier transform samples. At first, a single damped exponential signal is analyzed; then the results are extended to multiple damped sinewaves. Numerical simulations show the good accuracy obtained under various measurement conditions; both the effects of spectral interference and wideband noise are considered, proving the reliability of the proposed method in a number of engineering applications     

非比例阻尼线性体系基于规范反应谱的CCQC法

根据平稳随机过程理论和抗震设计反应谱,对具有非比例阻尼特性的线性体系,给出了实数形式的复振型反应谱叠加法和复振型完全平方组合(CCQC)计算公式。式中除了包含一般CQC方法中振型间的位移相关系数以外,还包含了新的速度相关系数和位移-速度相关系数。公式推导按照与一般CQC法同样的原理和假定,形式也同样简洁、明了,易于工程设计人员掌握和使用。用实例分析对比了基于设计反应谱的CCQC法、CSRSS法及强迫解耦法,并以人工地震波作为地震输入,用逐步积分法对计算结果进行了验证。结果表明:提出的CCQC法比CSRSS法具有更好的精度。实例分析还表明,对于一般的强非比例阻尼结构,抗震设计规范中采用的强迫解耦方法也具有较好的精度。     

Reliability based optimum design of Tuned Mass Damper in seismic vibration control of structures with bounded uncertain parameters

A reliability based optimization of Tuned Mass Damper (TMD) parameters in seismic vibration control under bounded uncertain system parameters is presented. The study on TMD with random parameters in a probabilistic framework is noteworthy. But, it cannot be applied when the necessary information about parameters uncertainties is limited. In such cases, the interval method is a viable alternative. Applying matrix perturbation theory through a first order Taylor series expansion about the mean values of the uncertain parameters’ conservative dynamic response bounds are obtained assuming a small degree of parameter uncertainty. The first-passage probability of failure of the system is taken as the performance objective. Using the interval extension of the performance objective, the vibration control problem under bounded uncertainties is transformed to the appropriate deterministic optimization problems yielding the lower and upper bound solutions. A numerical study is performed to elucidate the effect of parameters’ uncertainties on the TMD parameters’ optimization and the safety of the structure.     

颗粒碰撞阻尼动力吸振器的设计及实验研究

将颗粒碰撞阻尼器和动力吸振器相结合,提出一种颗粒碰撞阻尼动力吸振器设计概念,该吸振器由一个装有碰撞颗粒材料的盒体和一个弹性元件组成,碰撞颗粒在盒体运动时发生碰撞而消耗能量。以一个五层的楼房框架模型为振动抑制对象,对其吸振性能进行了实验研究,并与相同质量的经典单质块动力吸振器的抑振效果进行比较。实验结果表明,所设计的颗粒碰撞阻尼动力吸振器扩展了经典的单质块动力吸振器的工作频率范围,对宽频带随机激励的振动响应具有良好的抑制效果,这种颗粒碰撞阻尼动力吸振器设计思想可以应用于高层建筑的地震和风振响应控制。     

考虑场地效应的建筑群动力可靠度PDEM评估

城市建筑群的动力可靠度评估对于区域防灾减灾具有重要意义。场地效应会导致地震动的空间变异性和土-结构相互作用效应,进而显著影响区域建筑群的非线性地震响应,而确定性区域震害模拟方法仍不足以准确反映随机建筑群动力系统的整体性态。该研究引入实测地震动场和土-结构相互作用效应,发展了建筑群系统非线性地震响应时域求解方法,并遵循概率守恒假定,建立基于概率密度演化方法(PDEM)的建筑群系统动力可靠度评估框架。以某高层框架结构建筑群为例,进行了场地效应下确定性建筑群非线性地震响应分析,进而完成了随机建筑群动力可靠度评估,并评估了场地效应对建筑群系统动力可靠度影响,得到了有益结论。