基于粘性阻尼假定的反应谱CCQC法研究

采用虚拟激励法推导出基于粘性阻尼假定和任意平稳随机地震动的复振型完全平方组合(CCQC)法原始表达式(OCCQC)及其传统简化表达式TCCQC,并与基于复阻尼假定的平稳随机振动分析结果进行对比.结果表明:高厚比较大的结构TCCQC式计算结果偏小较多,而OCCQC式计算结果更加接近,比TCCQC式要更为合理;基于粘性阻尼假定时,阻尼矩阵与复模态分析结果之间相互影响,反应谱CCQC法计算结果不惟一,合理性不易被判定;若粘性阻尼矩阵构造得当,反应谱CCQC法计算结果与基于复阻尼假定的平稳随机振动分析结果接近,但要构造恰当的粘性阻尼矩阵费时费力;结构设置有粘性阻尼类型机械阻尼器时宜采用基于粘性阻尼假定的反应谱CCQC法,否则采用基于复阻尼假定的反应谱CCQC法更加便捷.     

基于复阻尼假定的不同材料阻尼特性混合结构抗震分析复模态叠加法

寻求合理高效的方法求得不同材料阻尼特性混合结构的地震作用及其效应是工程抗震界较为关注的问题之一。目前,用于计算不同材料阻尼特性混合结构地震作用效应的复模态叠加法和直接积分法都是基于黏性阻尼假定推导而来。黏性阻尼假定存在能量耗散与激振频率有关的缺陷,导致结构高频模态地震作用效应偏小,且阻尼矩阵与复模态分析结果相互影响,计算结果不唯一,合理性不易被判定。复阻尼假定避免了黏性阻尼假定的不足,但通常求得的地震作用效应为复数,不便于工程应用。为此提出一种基于复阻尼假定的复模态叠加法,直接在物理空间中求解,计算结果唯一,比基于黏性阻尼假定的复模态叠加法计算效率更高。与运用本文方法计算的地震作用效应结果相比,广为采用的折算阻尼比方法计算结果是不合理的。此外,给出了基于复阻尼假定的计算模态有效质量系数的方法,可用于确定合理的叠加模态个数。     

非比例滞变阻尼线性体系的反应谱CCQC法

基于比例阻尼体系建立的振型分解反应谱法应用广泛,是各国规范常用的结构地震作用效应计算方法,直接将其用于非比例阻尼体系(如设置耗能阻尼器的结构)是不合理的.为拓展规范反应谱法的适用范围,在基于复阻尼模型的滞变阻尼模型复模态叠加法基础上,该文结合虚拟激励法和平稳随机理论,推导基于滞变阻尼模型的反应谱CCQC (comple...     

具有过阻尼特性的非比例阻尼线性系统的复振型分解法

对于具有过阻尼特性的非比例阻尼线性系统,如何应用振型分析方法计算地震反应的问题至今尚无很充分的研究。本文从基于复模态理论的振型分解法一般表达式出发,给出了具有过阻尼特性的非比例阻尼结构动力反应的时程叠加法公式,同时还对具有成对复特征值和实特征值的系统提出了基于反应谱的复完全平方组合(CCQC)法和复平方和开方(CSRSS)法的计算公式。通过对一个典型实例的分析,验证了公式的正确性和有效性。此外,本文阐明了过阻尼体系的基本特性、数值计算方法和基于地震反应谱的峰值反应计算方法,结果表明从具有复特征值的一般线性动力系统发展而来的复振型叠加计算方法对于具有过阻尼特性的系统原则上也是适用的。文中的算例还表明,当非经典阻尼线弹性结构的部分振型出现过阻尼情况时,目前广泛应用于抗震设计规范的强迫解耦法可能导致很大的计算误差。     

非比例阻尼线性体系地震响应的部分平方组合(CPQC)法

对于非比例阻尼线性系统,当采用基于复振型的地震反应谱振型叠加方法,即复振型完全平方组合(CCQC)方法进行动力反应分析时计算工作量较大。为此,通过分析不同振型之间的位移、速度、位移-速度相关系数随频率比和阻尼比的变化规律,给出了复振型平方和开方(CSRSS)组合方法的适用范围。同时通过分析指出在CCQC法中只需要考虑邻近振型的相关性,因此建议了一种介于CCQC法和CSRSS法之间的考虑部分相关性的复振型平方组合方法,称之为简化的CCQC法或复振型部分平方组合(CPQC)方法,用以提高计算效率。通过实例分析验证了所建议方法的适用范围、计算精度和效率。由于比例阻尼系统的地震反应谱振型组合方法是文中所述一般方法的特殊情况,因此本文提出的简化分析方法对比例阻尼系统也同样是适用的,并可以称为部分平方组合(PQC)方法。     

非比例阻尼线性体系振型组合法适用范围探讨

对于非比例阻尼线性体系,可以采用基于反应谱的复振型完全平方组合(CCQC)法和复振型平方和开方(CSRSS)法,而目前各国规范采用的仍是基于实模态的强迫解耦法。通过算例对复振型组合方法和强迫解耦法的误差及其与非比例阻尼特征指数的关系进行分析比较,并提出非比例阻尼线性体系复振型组合方法和强迫解耦法的适用范围。     

基于改进迟滞阻尼模型的混合结构抗震分析SRSS法

混合结构的阻尼矩阵不再满足经典阻尼条件,无法直接采用模态叠加法。迟滞阻尼模型具有每周期耗散能量与外激励频率无关的优点,且时域计算结果稳定收敛,但不满足能量守恒原则。利用结构每周期耗散能量与阻尼做功相等,对迟滞阻尼模型的阻尼系数进行修正,得到了改进迟滞阻尼模型,并提出了对应的混合结构模态叠加法。在此基础上,分析改进迟滞阻尼模型的反应谱特点,计算最不利地震作用效应组合,提出了基于改进迟滞阻尼理论的混合结构抗震分析SRSS法。算例分析表明,改进迟滞阻尼模型计算的地震作用效应比粘性阻尼模型计算的地震作用效应更大,其增大幅度约为15%～20%。     

工程结构中的阻尼与复振型地震响应的完全平方组合

对工程结构中阻尼矩阵的简化处理途径做了简要评述 ,指出目前常用的比例阻尼理论对于小阻尼结构是适用的。但是随着机械阻尼器在结构工程中的广泛应用 ,结构的阻尼矩阵不再满足可以按照相应无阻尼结构振型解耦的条件 ,此时的振型是由实部和虚部组成的复数形式。由于缺乏基于反应谱的复振型地震反应叠加分析方法 ,也是为了简单起见 ,在抗震设计规范中建议采用强迫解耦的近似分析方法。文中对强迫解耦方法的基本概念和适用性进行了探讨 ,指出在一般情况下这一方法是可以接受的 ,但是对于过阻尼和其它特殊情况 ,误差也是比较大的。为了避免这样的误差 ,可以采用文中推荐的基于复振型的完全平方组合 (CCQC)方法。与目前常用的CQC法相比 ,文中建议的CCQC法是按照同样的假定在复振型条件下推导出来的近似分析方法 ,完全避免了复数运算 ,表达方式也一样简单实用 ,因此很适合在实际工程和抗震设计规范中应用。此外文中还讨论和介绍了在比例阻尼和非比例阻尼条件下如何将CQC和CCQC方法加以推广应用于多维地震输入的情况     

基于复阻尼模型的混合结构近似解耦法

黏性阻尼模型具有数学简易性的优点,作为混合结构计算中的常用阻尼模型而被广泛使用,其最大的不足是阻尼矩阵受振型组合影响,合理性不易被判定。为克服上述缺陷,提出基于复阻尼模型的近似解耦法,依据三角级数法实现地震作用下混合结构动力响应的时程计算。算例分析表明:与复阻尼模型的频域法相比,本文方法的计算精度满足要求,可用于混合结构的动力响应计算;相比黏性阻尼模型对振型组合的依赖性,本文方法计算结果具有唯一性,其合理性易被判定。     

集中阻尼弦初值问题的解析复模态叠加法

实际工程中常用黏滞阻尼器对斜拉索进行减振，然而基于阻尼拉索系统模态叠加法求解系统动力时程问题的研究还很少。研究设置集中黏性阻尼器的拉索在任意给定初始条件下的自由振动问题，提出采用解析复模态叠加法进行求解的思路。给出系统复模态正交性条件，并提出利用正交性条件确定复模态叠加系数的思路。通过三个数值算例，验证了方法的正确性和高效性。该文计算结果表明，对于集中阻尼弦初值问题，一般只需利用系统的前数阶模态进行叠加即可得到理想的结果。     

一种基于滞变阻尼假定的混合结构抗震计算模态叠加法

黏滞阻尼假定导致现行用于混合结构抗震计算的时程分析方法存在不足.滞变阻尼假定与试验结果相符,克服了黏滞阻尼假定的缺陷.该文提出一种基于滞变阻尼假定的模态叠加法,对单一材料结构和混合结构皆适用,其阻尼矩阵构造方法简单、构造工作量小、物理意义明确,回避了基于黏滞阻尼假定时计算阻尼矩阵需要事先确定若干响应较为显著频率问题和需...     

桥梁结构阻尼理论与阻尼参数确定

通过分析证实基于波动力学理论下粘滞阻尼理论及复阻尼理论的在杆的轴向振动及梁的横向振动中阻尼参数的一致性。通过引入应力波阻抗的概念,为结构振动分析计算中阻尼参数的选择提供一种实用性较强的方法,并应用这种方法来确定杆式结构和梁式结构的阻尼特性参数分布。     

材料阻尼对钢筋混凝土框架结构动力响应影响分析

介绍应力相关复阻尼模型求解结构动力响应的方法;并在时域内考虑阻尼是一个变量,采用应力相关复阻尼模型计算一个钢筋混凝土框架结构的动力响应和结构的材料阻尼值,按相同的阻尼比,采用黏性阻尼模型计算了同一个钢筋混凝土框架结构的响应,并将结果进行对比,分析两种不同的阻尼模型对结构动力响应的影响。结果表明,结构的材料阻尼值都表现出随应力增长而增大的特性,该特性有利于增加结构的耗能,且能有效抑制结构振动响应振幅;采用不同类型的阻尼对结构响应影响很大。     

Effect of damping model on pre-yielding earthquake response of structures

The present paper examines differences between responses of single-degree-of-freedom (SDOF) systems with viscous and hysteretic damping to earthquake ground motions. Only responses within yield limits are considered. The structural behavior of SDOF systems with hysteretic damping is modeled by a generalized elasto-slip model of the Masing type. The model leads to a force–displacement relationship similar to that proposed by Ramberg and Osgood. The responses of the two systems are compared for a number of earthquake records. To achieve consistent comparison, parameters of the linear system with viscous damping are determined by the secant stiffness method. In many cases significant differences in the peak displacement responses and energy values have been observed between the systems. This indicates that the prediction of the response of structures to earthquake ground motions before yielding based on linear models with viscous damping may not be as accurate as used to be believed. Tentative estimates of error associated with such predictions are presented.     

Viscous damping technology and design method for self-standing high-rise steel structures

为了研究自立式高耸钢结构的黏滞阻尼减振技术及其设计方法,根据自立式高耸钢结构的特点,设计了曲率相关的黏滞阻尼减振装置,并推导了其力学模型;建立了自立式高耸钢结构黏滞阻尼减振体系的动力学方程,并编制程序进行了结构风振控制分析;基于等效阻尼比的概念和我国规范的抗风设计方法,建立了自立式高耸钢结构黏滞阻尼减振的设计方法,并针对数值算例,进行了控制装置设计,并通过时程分析方法验证了该方法的有效性。研究结果表明：所设计的曲率相关黏滞阻尼减振装置适用于钢烟囱类自立式高耸钢结构的振动控制;通过数值算例分析,简化设计方法与时程分析的结果误差仅为2.5%,具有较高的精度。     

黏滞耗能减震结构能量反应分析的基础研究

地震对结构的作用是一种能量的传递、转化与消耗过程,而减轻或控制地震反应的基本原则主要是以适当的方式耗散地震输入的能量,因此能量的输入、转化和吸收(耗散)成为地震反应的基本特征。本文采用速度型黏滞阻尼器,利用有限元分析程序,综合考虑地震动三要素(峰值、频谱、持时)、结构自身动力特性(阻尼比、自振周期)和黏滞阻尼器参数(速度指数、阻尼系数)等因素,对钢筋混凝土耗能减震结构进行了地震动总输入能受各种因素影响的变化规律的弹塑性时程分析;探讨了黏滞阻尼器速度指数的取值范围,取得了一些有意义的研究结果,为减震结构地震反应的能量分析方法走向实用化提供了基础性资料。     

Equivalent viscous damping in direct displacement‐based design of steel braced reinforced concrete frames

Performance‐based design method, particularly direct displacement‐based design (DDBD) method, has been widely used for seismic design of structures. Estimation of equivalent viscous damping factor used to characterize the substitute structure for different structural systems is a dominant parameter in this design methodology. In this paper, results of experimental and numerical investigations performed for estimating the equivalent viscous damping in DDBD procedure of two lateral resistance systems, moment frames and braced moment frames, are presented. For these investigations, cyclic loading tests are conducted on scaled moment resisting frames with and without bracing. The experimental results are also used to calibrate full‐scale numerical models. A numerical investigation is then conducted on a set of analytical moment resisting frames with and without bracing. The equivalent viscous damping and ductility of each analytical model are calculated from hysteretic responses. On the basis of analytical results, new equations are proposed for equivalent viscous damping as a function of ductility for reinforced concrete and steel braced reinforced concrete frames. As a result, the new equation is used in direct displacement‐based design of a steel braced reinforced concrete frame. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

金属阻尼器消能减震体系的等阻尼比设计方法

为合理有效地简化金属阻尼器消能减震结构体系的设计,提出了“等阻尼比”的设计原则,在设计性能水准的地震作用下使所有阻尼器自身的等效阻尼比相等,该原则在实际参数设计时可等价于更便于应用的“等延性系数”原则。该原则是一种概念优化设计原则,目的是使所有阻尼器都能充分发挥其阻尼耗能作用,从而以较小的代价来实现预定的减震控制效果。应用该原则可简化等效附加阻尼比的估算,并将金属阻尼器减震体系的刚度参数与阻尼参数进行解耦,使参数的确定过程更简便。基于“等阻尼比”原则,提出了金属阻尼器消能减震体系的实用设计方法,该方法采用以金属阻尼器延性系数和体系刚度特征参数为设计控制参数,以地震作用下层间位移角的性能需求为设计目标,以等效单自由度体系计算位移响应的求解模型。建立了体系等效阻尼比和等效周期的快速估算式,进而给出了两个控制参数的确定方法及阻尼器布置建议。通过对一个钢筋混凝土框架减震结构的设计和性能验算证实了所提方法的可行性与可靠性。     

Comparison of distribution methods for viscous damping coefficients to buildings

A simple and convenient method often adopted by practising engineers designing supplemental viscous dampers to a building is to calculate damping coefficients of viscous dampers corresponding to a desired added damping ratio. To facilitate the design, various methods for distributing damping coefficients along the height of the building are compared in the study. In the article, two non-repetitive distribution methods are proposed and compared with some often adopted methods and a repetitive simplified sequential search algorithm. Numerical studies of three planar frames in which two are vertically irregular have indicated that all distribution methods may result in similar seismic responses if added damping ratio are the same. Nevertheless, compromising among a few design factors such as the total added damping coefficient, maximum damper force at one storey, total added damper force, control of storey drift and total computational efforts, one of the two proposed methods distributing the damping coefficient only to ‘efficient storeys’ may provide one of the better choices for the practical design of viscous dampers.