设置黏滞阻尼器的悬挂减振结构振动台试验研究

通过对设置黏滞流体阻尼器的悬挂结构进行地震模拟振动台试验,分析了主结构与悬挂楼面的质量比、连接方式以及阻尼器分布对悬挂结构模型的频率、阻尼比和结构响应的影响。试验结果表明：与刚性杆连接的常规悬挂结构相比，采用阻尼器连接主结构和悬挂楼面，可改变结构频率，提高结构振型阻尼比，且模型前3阶振型主要表现为悬挂楼面剪切变形；悬挂减振结构主结构的位移峰值响应小于常规悬挂结构，略小于无连接的自由悬挂结构；当悬挂楼段质量较大时，减振效果更好；与自由悬挂结构相比，阻尼器连接的悬挂减振结构能较好地抑制悬挂楼面相对于主结构的位移和悬挂楼面的层间位移；当悬挂楼面侧向刚度较小时，阻尼器均匀布置比集中布置能更好地控制悬挂楼面的相对位移。     

多点激励下巨型框架悬挂减振结构地震响应振动台阵试验研究

目前对于大跨度高层悬挂减振结构在多点激励下的地震响应尚缺乏试验研究。本文按1/20比例设计和制作一座大跨度巨型框架悬挂减振结构模型,并通过双振动台模拟试验,研究一致激励和行波激励对悬挂减振结构地震响应的影响。试验结果表明:行波效应可能使模型结构的关键部产生明显的应力变化,主体结构顶部和次结构顶层悬挂楼盖沿X方向加速度响应有所减小;同时发现首层悬挂楼盖加速度响应及与主体结构的相对位移比顶层明显。这对研究大跨度高层悬挂减振结构抗震提供了新的思路,因此可以考虑行波效应对此类结构的减振作用进行抗震设计构思。     

半柔性悬挂减振结构振动台试验研究

通过对设置黏滞流体阻尼器的半柔性悬挂结构进行地震模拟振动台试验,分析了主结构与悬挂楼面的质量比、连接方式、阻尼器的分布和层间斜撑对悬挂结构动力特性和响应的影响。试验结果表明:采用阻尼器连接主结构和悬挂楼面,可改变结构频率和振型阻尼比;当悬挂楼层侧向刚度较小时,结构振型表现为柔性层与悬挂楼面的耦合剪切变形;当增设斜撑后,结构第一振型为柔性层的层间变形;阻尼器连接时模型的主结构地震响应小于刚性连接的普通悬挂结构,通过增设斜撑可进一步提高减振效果;与自由悬挂结构相比,采用阻尼器连接的悬挂减振结构能够较好地抑制悬挂楼面相对于主结构的位移和悬挂楼面的层间位移;设置斜撑后,能够进一步减小悬挂楼面的层间位移,同时弱化了阻尼器不均匀对减振效果的影响。     

半柔性悬挂减振结构体系多道设防分析

本文针对新型半柔性悬挂减振结构体系，提出了多道设防的思路。这种结构由主结构、悬挂柔性层、悬挂楼段及消能装置组成，其设防目标是在地震作用下保证主结构和悬挂楼段处于弹性阶段，而破坏主要集中在悬挂柔性层及消能器的设置处。本文给出了各阶段设防的简化计算模型，并通过时程分析说明半柔性悬挂减振结构多道设防的可行性。结果表明：这种结构体系通过精心设计具有多道防线，结构设防目标更明确。     

巨型框架悬挂减振结构的参数分析

基于有限元软件ABAQUS分析了巨型框架悬挂减振结构中阻尼器的阻尼系数和刚度系数的变化对结构地震响应的影响,给出了参数分析的目标函数和约束条件,结果表明:在最优的阻尼器的阻尼系数使综合减振系数最大,此时悬挂楼层的位移角也能得到有效控制,且可以通过增加刚度系数来减小层间位移角;存在最优的刚度系数使综合减振系数最大,而此时悬挂楼层层间位移角可能不满足要求,这可以通过增加阻尼系数来保证。     

核筒悬挂结构随机动力响应的参数优化设计

高层建筑核筒悬挂结构是在核筒与悬挂框架之间设置阻尼器,以减小地震作用下的结构动力响应。在频域内应用复模态叠加与虚拟激励相结合的方法,建立悬挂减振结构的随机地震响应分析方法,在此基础上针对一个典型的算例,以核筒顶点位移、悬挂框架层间位移为优化目标,给出核筒与悬挂框架间阻尼器连接和弹簧连接的合理布置方案及参数优化结果。研究表明,选择在核筒与悬挂框架间综合设置弹簧连接和阻尼器连接,并合理地选择相应的参数,可以显著地提高结构体系的消能减振效果。     

高层悬挂结构减振系统的风洞实验分析

建立了高层悬挂结构减振系统的计算模型和振动方程 ,并通过对风洞模型实验数据的分析 ,阐明了该减振系统是高层建筑较为理想的振动控制系统。     

基于能量的非堆积型多颗粒阻尼器减振机理分析

为进一步研究非堆积型多颗粒阻尼器(NPPD)减振机理,从能量角度基于等效连体惯容质量模型(DIMEM)对NPPD依次进行物理参数对应减振机理分析及振动控制过程中能量变化规律分析。首先对DIMEM模型进行简介,重点陈述DIMEM模型的建立、DIMEM-单自由度结构运动微分方程及试验验证。在此基础上,定义周期耗能指标及周期动量交换指标,并据此进行物理参数影响机理分析。最后,基于DIMEM模型依次进行自由振动、共振简谐激励及地震作用下减振效果分析,并重点对系统运动过程中能量变化规律及耗能占比进行讨论。结果表明多颗粒阻尼器减振效果变化规律受耗能及动量交换综合影响,单纯依靠耗能机理较难对NPPD减振效果变化规律进行解释。振动控制过程中系统能量主要通过颗粒之间相互作用进行耗散。基于DIMEM模型的NPPD减振机理及减振效果分析对于进一步认识颗粒阻尼器及颗粒阻尼器优化具有重要研究意义。     

高层核筒悬挂结构地震响应的参数分析

本文基于地震响应时程,对高层核筒悬挂结构进行参数分析。首先给出了悬挂减振结构体系的计算模型,在此基础上给出了以主体核筒的顶点位移和基底剪力响应为综合优化目标,悬挂楼面的层间位移角为约束条件的优化数学模型,对设置于核筒和悬挂楼面之间粘滞阻尼器的刚度和阻尼系数进行优化。结果表明:存在最优阻尼器的阻尼系数,使得主体核筒的响应最小;当阻尼器的刚度较小时,可以忽略其对结构动力响应的影响;悬挂楼面的层间位移角作为约束条件,影响结构参数的优化值;通过设置合理的参数才能够同时满足优化目标和悬挂楼面的层间位移角限值。     

悬挂建筑结构动力参数优化及地震响应分析

建立了高层悬挂建筑结构减振体系的简化计算模型和运动方程,进行了频域内的参数优化和位移时程分析与计算。经过参数优化的悬挂建筑结构具有良好的减振避震性能。提出了能同时对悬挂建筑主、次结构的动力响应进行多目标优化的参数分析方法,该方法可以使得悬挂建筑主结构的频域和时域内的位移动力响应分别比普通巨型框架结构降低24%和50%以上,同时次结构的动力响应也达到一个理想的水平。     

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%。     

不同参数取值对复阻尼模型结构抗震性能的影响

结构动力分析中的复阻尼模型是在大量材料试验的基础上建立的,与粘性阻尼模型相比它能够真实的反映结构内未知的能量耗散。研究了应力无关复阻尼模型的损耗因子对结构震动响应和能量耗散的影响,以及应力相关复阻尼模型的初始损耗因子、疲劳极限应力、震动响应和能量耗散之间的关系。研究表明:应力无关复阻尼模型的动响应幅值随着损耗因子的增大而减小,能量耗散随着损耗因子的增大而增大,结构合适的阻尼比的选择是利用该模型进行有效动力分析的前提;与应力无关复阻尼模型相比,应力相关复阻尼模型的初始损耗因子的合理取值应当是一微小值(ε>0),它的取值对动力响应、能量输入和能量耗散的影响可以忽略;该模型的震动幅值随着疲劳极限应力的提高而增大,但最终收敛于某一稳定值;损耗因子和能量耗散随着疲劳极限应力的增加而减小,而能量输入随着疲劳极限应力的增大变化较小。该研究明确了复阻尼理论中的各个参数与响应、能量输入和能量耗散之间的关系,为复阻尼理论的进     

钢筋混凝土框架结构防屈曲支撑加固振动台试验研究

为验证某多层钢筋混凝土框架结构采用防屈曲支撑加固后在地震作用下的抗震性能,以实际工程为背景,对未加固结构及采用防屈曲支撑加固结构进行了1/5比例缩尺模型振动台试验,主要研究了模型结构的动力特性、阻尼比、地震反应、防屈曲支撑的耗能能力及震后防屈曲支撑的性能变化。试验结果表明：未加固模型结构在地震输入下未能实现规范的“三水准”抗震目标,采用防屈曲支撑加固后的模型结构改柱铰机制为梁铰机制,地震反应得到有效控制,最大位移降低率达97%;防屈曲支撑在多遇地震作用下仅增加结构抗侧刚度,分担地震剪力约占地震总剪力的34%~49%,设防及罕遇地震作用下防屈曲支撑屈服变形明显,有效提高结构阻尼,耗散的能量占地震输入总能量的25%~51%;不同型号防屈曲支撑震后性能变化有较大差异,防屈曲支撑结构体系的破坏形态为防屈曲支撑首先断裂失效,进而梁柱破坏。     

高烈度地震区大跨度悬索桥中央扣形式的选择与创新

以雅康高速公路泸定大渡河特大桥为研究背景，建立该桥的空间动力计算模型，采用非线性时程分析方法研究了刚性中央扣、柔性中央扣和耗能中央扣三种形式对结构抗震性能的影响。耗能中央扣首次将防屈曲耗能钢支撑构件应用于悬索桥，利用钢材良好的滞回耗能性能消耗地震输入能量，保护桥梁主体结构免遭破坏。研究结果表明耗能中央扣的综合性能大大优于传统的刚性中央扣和柔性中央扣，是适用于高烈度地震区大跨度悬索桥的一种理想的中央扣形式。     

Studies on damping behavior of vertically mixed structures with upper steel and lower concrete substructures

This paper presents 2 models to simulate the damping behavior of a 12‐story vertically mixed structure with upper steel and lower concrete substructures (S/RC structure). One is the modal strain energy damping model based on modal damping ratio. The other is the assembled Rayleigh damping model based on damping matrix that is obtained by combining Rayleigh damping matrix of steel components with that of concrete ones. Then a 12‐story S/RC frame and a 12‐story RC frame are designed and used for shaking table test. Based on the test, the expressions for the damping behavior of steel and concrete substructures of the S/RC frame are derived, and these expressions are utilized to form 2 different damping models of the S/RC structure separately. By comparing the damping behavior of the 2 models in analysis with what has been identified in the tests, the feasibility of the 2 models are assessed in both frequency domain and time domain. Theoretical analysis and experimental results show that the assembled Rayleigh damping model is not applicable to conventional modal analysis because of its nonproportional characteristics. However, the modal strain energy damping model based on equivalence of the dissipated modal strain energy of structure, which embodies the essence of damping, can give better predictions on damping behavior of the S/RC frame in both time and frequency domains. Finally, some suggestions are put forward on the selection of damping parameters in practical seismic design for vertically mixed structures.     

中国国际丝路中心超高层结构设计与关键技术

中国国际丝路中心超高层建筑总高度498 m,位于陕西省西安市,抗震设防烈度8度,该结构的侧向变形和承载力均由地震作用控制.为解决结构侧向刚度不足的问题,设置了伸臂桁架加强层,然而传统伸臂桁架往往会造成结构刚度和承载力突变等问题.为此,采用基于刚性伸臂和黏滞阻尼伸臂的组合伸臂桁架技术,研究刚性伸臂桁架和黏滞阻尼伸臂桁架在...     

阻尼计算方法对轻钢增层结构地震反应的影响

钢结构与砖混或混凝土结构阻尼比不同,轻钢增层结构呈非比例阻尼特征.结合具体工程实例,研究了常数阻尼、Rayleigh阻尼和振型应变能阻尼这3种阻尼计算方法对轻钢增层结构地震反应的影响,分析结果可作为轻钢加层结构抗震设计的参考.     

黏弹性阻尼器在结构抗震控制中的应用

首先介绍了传统抗震理论和结构震动理论以及黏弹性阻尼器在结构的耗能减震中的应用。之后对黏弹性阻尼器的力学模型进行分析介绍,指出积分型本构关系的黏弹性阻尼器在应用中有更大灵活性。最后通过计算机模拟计算出有黏弹性阻尼器的建筑结构受到地震激励时的瞬态和稳态位移概率分布,说明黏弹性阻尼器对于地震时结构的瞬态位移响应和稳态位移响应均具有良好的减震效果,并且不同材料的黏弹性阻尼器对于在地震作用下建筑结构的瞬态或稳态位移响应有不同的减振效果。     

半柔性悬挂减振结构体系地震反应分析

针对一种新型高层建筑半柔性悬挂结构体系提出阻尼减振控制的方案。首先,阐述了结构体系构建方案及优越性;其次,以主体结构的时程响应最大值最小为控制目标,对粘滞流体阻尼器的阻尼系数进行优化分析;最后,基于最优的阻尼器参数,对半柔性悬挂减振结构与普通悬挂抗震结构进行了时程对比分析。结果表明:半柔性悬挂减振结构能够有效地消弱结构的峰值响应;存在最优的阻尼系数使得主体结构的顶点位移和基底剪力动力响应最小;悬挂楼段保持较小层间位移,有效发挥了各层阻尼器的效率,保护了非结构构件。     

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。