附加油阻尼器的非线性滞回结构系统的等价线性化方法

以安装油阻尼器的单自由度非线性滞回结构系统为研究对象,建立地震作用下该非线性结构系统的等价线性化方法。鉴于结构系统具有双非线性特征,其中油阻尼器的阻尼力与速度呈双线性关系,主体结构具有双线性滞回特征,将主体结构等价为线性Kelvin模型,附加体系分两步等价:将双线性黏滞单元等价为线性黏滞单元,得到含线性黏滞单元的附加体系与主体结构的Kelvin模型并联构成的等价模型A;基于模型A进一步求解系统的等价刚度和等价阻尼比,建立系统的等价线性化Kelvin模型,即模型B。通过共振曲线分别对模型A和模型B的精度进行了验证。考虑地震动的随机性,通过动力非线性时程分析对等价模型的阻尼比公式进行了修正。将等价线性化方法应用到性能曲线中,建立非线性结构系统的减震性能曲线绘制方法,结合性能曲线分析了油阻尼器对非线性结构的减震效果。结果表明:模型A与模型B的共振曲线与原结构均吻合,说明在非线性结构系统中将双线性黏滞单元等价为线性黏滞单元的方法可行;修正后的等价阻尼比可较好地预测地震作用下非线性结构系统的最大位移。     

黏滞阻尼器减震结构地震反应分析的一种空间协同模型

如何控制结构在地震作用下的扭转作用是结构抗震设计中经常遇到的问题。采用建筑结构的空间协同模型动力分析方法,推导了黏滞阻尼器减震结构的附加阻尼矩阵、动力平衡方程,分析地震作用下高层钢结构中设置黏滞阻尼器的减震效果。改进后的程序能够计算黏滞阻尼器减震结构在双向地震波作用下的动力时程反应。空间力学模型可考虑局部楼板变形对结构地震反应的影响,考虑了错层结构、大底盘上部多塔结构、连体结构等复杂的结构形式,可沿任意角度输入相互垂直的两个水平地震动分量,可求解结构每层及结构构件和黏滞阻尼器的内力和变形。分析结果表明,黏滞阻尼器能够大量消耗地震输入能量,减小主体结构的地震反应。     

近断层地震作用下斜拉桥黏滞阻尼器参数简化设计方法

黏滞阻尼器是漂浮体系斜拉桥常用的减震耗能装置,但传统的阻尼器参数设计需要通过反复的非线性有限元时程计算来确定,这种方法不够简便有效。本文根据近断层地震的脉冲特点以及斜拉桥动力特性,通过建立斜拉桥的双质点模型的运动微分方程,推导出近断层脉冲作用下的动力反应计算公式;并基于等效线性化方法,得到非线性黏滞阻尼器参数与等效阻尼比的关系,从而利用主梁目标位移反向确定所需设置的黏滞阻尼器参数;最后通过一座斜拉桥实例验证本文方法的正确性,并提出了黏滞阻尼器参数设计简化方法的流程。     

黏滞阻尼器凸轮式响应放大单自由度减震体系的地震反应分析

为了研究黏滞阻尼器凸轮式响应放大装置的减震控制,基于对其工作机理和阻尼力计算公式的已有研究,建立了安装黏滞阻尼器凸轮式响应放大装置的单自由度体系运动方程和能量方程,对安装黏滞阻尼器的单自由度体系和安装黏滞阻尼器凸轮式响应放大单自由度体系进行了地震反应分析对比,包括:对具有相同阻尼系数的黏滞阻尼器,进行了多遇地震作用下的控制效果分析和能量分析;对El Centro波作用下具有相同位移控制效果的不同阻尼系数的黏滞阻尼器,进行了罕遇地震作用下的控制效果分析和能量分析.结果表明,该装置在不同强度地震作用下对位移、速度、阻尼力等响应具有明显的放大作用,安装阻尼系数较小的阻尼器可达到直接安装阻尼系数较大阻尼器相同的减震和耗能效果,且具有在不同强度地震作用下位移不失效的优点.     

黏滞阻尼器凸轮式响应放大单自由度减震体系的地震反应分析

为了研究黏滞阻尼器凸轮式响应放大装置的减震控制,基于对其工作机理和阻尼力计算公式的已有研究,建立了安装黏滞阻尼器凸轮式响应放大装置的单自由度体系运动方程和能量方程,对安装黏滞阻尼器的单自由度体系和安装黏滞阻尼器凸轮式响应放大单自由度体系进行了地震反应分析对比,包括:对具有相同阻尼系数的黏滞阻尼器,进行了多遇地震作用下的控制效果分析和能量分析;对El Centro波作用下具有相同位移控制效果的不同阻尼系数的黏滞阻尼器,进行了罕遇地震作用下的控制效果分析和能量分析.结果表明,该装置在不同强度地震作用下对位移、速度、阻尼力等响应具有明显的放大作用,安装阻尼系数较小的阻尼器可达到直接安装阻尼系数较大阻尼器相同的减震和耗能效果,且具有在不同强度地震作用下位移不失效的优点.     

非线性黏滞阻尼减震框架结构的优化设计

减震是当前结构最重要的抗震方法之一.本文结合我国<建筑抗震设计规范( GB50011-2001) >,着重对非线性黏滞阻尼减震结构进行了分析,用层间位移角限值予以量化;以简化的方法计算非线性黏滞阻尼器的等效阻尼比.在此基础上将结构转化为等效单自由度体系,利用基于位移的设计方法对非线性黏滞阻尼减震结构进行设计.通过设计计算分析结果表明,采用非线性黏滞阻尼减震体系的建筑减震效果显著.     

附设耗能装置的高层基础隔震建筑抗震性能研究

针对高层基础隔震建筑在地震作用下的动力特性进行分析研究,选择混合隔震控制的设计方案。建立高层基础隔震结构混合隔震控制体系的运动方程,方程中构建上部结构与隔震层之间的非比例阻尼矩阵,并考虑地震作用下结构的非线性。通过对在上部结构附设黏滞性阻尼器的结构模型进行有限元计算,可以看出在地震作用时由于所设黏滞阻尼器与隔震层的协同工作,建筑物的地震响应有明显改善。同时对添加了黏滞阻尼器与叠层橡胶支座相结合的混合控制与单纯基础隔震的减震控制效果加以比较。分析结果表明:这种混合隔震体系可以有效地减小高层基础隔震结构的地震反应,提高其抗震安全性,取得较好的经济和社会效益。     

黏滞阻尼器结构等效阻尼比计算方法比较研究

讨论了几种计算附加非线性黏滞阻尼器结构的等效阻尼比实用估计方法,并根据减震结构与非减震结构动力响应提出动力响应减震系数法计算附加等效阻尼比,并以一个黏滞阻尼器框架抗震墙结构实际工程比较了四种附加等效阻尼比估计方法以及动力响应减震系数法得到地震响应的准确性。     

位移相关型和速度相关型阻尼器耗能特征对比研究

为了全面比较位移相关型和速度相关型减震装置的耗能特征,以一座8层RC结构为算例,针对安装金属阻尼器和黏滞阻尼器两种情况进行对比分析与研究,通过Open Sees动力非线性时程分析结果表明,金属阻尼器提供较大刚度,而黏滞阻尼器几乎不提供附加刚度,且提供的附加阻尼比更大。黏滞阻尼器减震效果优于金属阻尼器;位移减震效果优于加速度;多遇地震下减震效果优于罕遇地震下。     

基于响应比的简化黏滞阻尼器弹塑性设计方法研究

安装黏滞阻尼器能有效提高结构的抗震性能,已在工程实践中被大量应用。引入结构响应比的概念,并在响应比的基础上给出了简化黏滞阻尼器的弹塑性设计方法。在设计过程中,首先,使用pushover方法确定黏滞阻尼器的安装楼层并计算响应比值;然后,根据响应比直接求出黏滞阻尼器需提供的近似附加阻尼比;最后,计算并确定黏滞阻尼器的相关设计参数。为验证提出设计方法的合理性和有效性,对一个六层的钢筋混凝土框架结构进行了时程分析验证,结果表明:设计的减震结构能很好地满足不同地震水准下的性能设计目标,并可以直接求出阻尼器提供的附加阻尼比,避免了大量的迭代计算。     

非线性黏滞阻尼器在某高层住院楼中的应用

介绍了某医院高层住院楼采用非线性黏滞阻尼器的消能减震设计,包括阻尼器的布置和地震波的选取。对该高层框架-剪力墙结构进行了有限元分析计算,采用ETABS软件对结构进行了多遇地震作用下的弹性时程分析,并采用SAP2000软件对结构进行了罕遇地震作用下的弹塑性时程分析。对比不同地震波作用下的时程分析结果表明,采用非线性黏滞阻尼器的消能减震结构提高了房屋的抗震性能。     

某框架-剪力墙结构优化设计与减震控制

为研究某框架-剪力墙结构的截面优化和抗震性能,建立ETABS三维有限元模型,提出对结构进行截面优化并且增设黏滞阻尼器的优化方案。在8度多遇和罕遇地震作用下,分析对比了原结构与优化减震结构的动力响应,分析了黏滞阻尼器的耗能情况,并且计算了黏滞阻尼器的附加阻尼比效应。结果表明:优化减震结构中黏滞阻尼器有效发挥了耗能特性,降低了结构在地震荷载作用下的动力响应;优化减震结构建筑使用面积相对原结构约增大79.9m2,非线性黏滞阻尼器能够给结构提供3.98%的附加阻尼比。     

单层与多层放大型黏弹阻尼器力学性能研究

为提高黏弹型阻尼器耗能效率,结合杠杆位移放大装置设计了3种放大型黏弹阻尼器,分别为单层放大型黏弹阻尼器、多层单向放大型黏弹阻尼器和多层双向放大型黏弹阻尼器。在线性Kelvin模型的基础上,提出了改进的非线性NLKelvin模型用于描述阻尼器的非线性力学特性,并建立了相应的力学模型。对单层放大型阻尼器与普通黏弹型阻尼器进行力学性能试验,试验结果表明：单层放大型阻尼器的阻尼力与耗能均得到了显著的提高,其阻尼力是普通阻尼器的5.41倍,耗能是普通阻尼器的3.09倍;试验滞回曲线与非线性NLKelvin模型吻合良好。针对附加4种不同减震方案的7层混凝土框架进行了动力时程响应分析,发现所提出的放大型黏弹阻尼器的响应控制能力均显著优于普通黏弹阻尼器的,其中附加单层、多层单向、多层双向放大型阻尼器结构的位移减震率分别为12.8%、32.5%、53.6%,附加阻尼比分别为2.9%、4.8%、6.1%,进一步验证了所提出的装置均具有良好的减震性能。     

软钢阻尼器对建筑楼层反应谱的影响

鉴于控制地震响应的软钢阻尼器可能显著改变结构系统的自振周期,结构抗震设计中有必要明确阻尼器对楼层非结构构件反应谱的影响。以已有的弹性结构楼层反应谱评估方法为基础,考虑主体结构与非结构构件周期比和主体结构黏滞阻尼比的影响,提出了黏滞阻尼减震结构的楼层反应谱预测公式。建立了非线性减震结构系统平均等价刚度和平均等价阻尼比的计算方法,基于等价线性系统提出了软钢阻尼器减震结构的楼层反应谱预测方法,并得到了楼层反应谱的性能曲线,用以描述阻尼器参数对非结构构件加速度响应的影响规律。研究结果表明:将等价线性化方法应用于软钢阻尼器减震结构能较好地进行非线性系统的楼层反应谱预测,修正的楼层反应谱预测公式可直接基于地震动弹性反应谱和减震结构等价参数估计楼层反应谱,可用于周期比为0.5～2、阻尼比为0.05～0.2的结构系统,该方法将为考虑非结构构件地震响应的减震结构优化设计提供有益参考。     

同时附加位移和速度相关型阻尼的钢框架结构设计方法研究

在地震作用下,多高层钢框架结构主要发生剪切型变形,下部楼层相对位移较大,故应在下部楼层附加位移相关型阻尼器(如金属阻尼器).下部楼层附加金属阻尼器后对结构进行地震反应时程分析,可知上部楼层的层间速度明显大于下部楼层,因而可以在上部楼层附加速度相关型阻尼器(如黏滞阻尼器),如此就得到同时附加位移和速度相关型阻尼的钢框架消能减震结构.本文通过数值分析首先阐明同时附加位移和速度相关型阻尼的设计思想以后,介绍了基于等效线性化理论和减震性能曲线的消能结构设计方法,并利用此方法研究了结构同时附加金属阻尼器和黏滞阻尼器的消能减震结构设计方法.结果表明,该结构减震效果比仅附加金属或仅附加黏滞阻尼结构的减震效果要好.     

高层消能减震钢框架结构最佳阻尼量分析

通过对分别设置金属和黏滞阻尼器的消能减震钢框架结构在两条地震波作用下进行弹塑性时程分析,研究结构的最佳阻尼量。考虑到杆系模型地震响应分析耗费大量时间,先将高层钢框架结构利用静力弹塑性分析方法简化为多质点层模型体系再对其进行分析。设置于各层的金属阻尼器屈服强度与原结构层屈服强度之比设定为λ,对λ=0.0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5这6种算例模型进行地震响应时程分析,对比其地震响应值,得出λ=0.3时所设置的金属阻尼器的阻尼量为该结构的最佳阻尼。同理,设置于各层的黏滞阻尼器阻尼系数与原结构层黏滞阻尼系数之比设定为γ,对γ=0,30,50,70,100,120这6种算例模型进行地震响应时程分析,对比其地震响应值,得出γ=100时所设置的黏滞阻尼器的阻尼量为最佳阻尼。研究结果为消能减震结构设计提供参考。     

黏滞阻尼器在高层短肢剪力墙结构中的应用

在研究黏滞阻尼器减震短肢剪力墙结构抗震设计方法的基础上,对黏滞阻尼器的安装位置和传统计算方法进行总结和改进,提出按照阻尼力与楼层剪力呈正比的方式分配阻尼系数的方法,并采用渐进法的思想实现对结构所需附加阻尼比更为精确的计算。结合工程设计实例,通过方案对比,对普通剪力墙结构、短肢剪力墙结构、短肢剪力墙＋黏滞阻尼器结构建立有...     

框-剪结构黏滞阻尼减震设计

在介绍黏滞阻尼器减震框-剪结构抗震设计方法的基础上,提出按阻尼力与楼层剪力呈正比的方式分配阻尼系数的方法,并采用渐进法的思想实现对结构所需附加阻尼比更为精确的计算。结合工程实例,对已装及未装黏滞阻尼器的框架-剪力墙模型进行建模分析,就结构相关性和经济性进行对比,进一步考察黏滞阻尼器的减震效果,为工程设计提供参考。     

布置黏滞阻尼器的框架结构抗震性能分析

提出附设黏滞阻尼器的结构设计流程,以昆明某幼儿园工程为例,通过在结构上附设黏滞阻尼器,对比原结构和消能减震结构在地震作用下的最大层间位移角和最大层间位移,研究了高地震烈度区框架结构附设非线性黏滞阻尼器后的减震效果。结果表明:黏滞阻尼器对结构减震效果明显,合理布置黏滞阻尼器后,框架结构的抗震性能满足规范要求。研究为高地震烈度区附设黏滞阻尼器的框架结构抗震设计提供了参考。     

成都某学校教学楼采用黏滞阻尼器的减震分析

针对采用黏滞阻尼器(VFD)减震装置的某教学主楼结构采用PKPM软件进行了多遇地震响应分析,得到结构在弹性阶段的各项整体指标;然后采用Midas Gen软件模拟并分析了减震装置的工作性能和减震效果,并计算附加阻尼比;最后采用SAUSAGE软件分析了该减震结构在罕遇地震作用下阻尼器的工作性能和结构构件损伤情况。该学校结构在本地区设防地震时满足正常使用要求,结构整体(含各关键构件等)均满足预先设定的性能目标。