半柔性悬挂结构体系的减振机理及其减振效果分析

提出一种新型高层建筑半柔性悬挂减振结构体系.给出体系的结构方案,简化计算模型及多自由度体系运动方程;在时域内输入El Centro波和Taft波来阐明体系的动力特性;基于随机地震动激励采用复模态解耦与虚拟激励法相结合,推导这种体系的随机动力响应表达式;编制相应程序以主体核筒顶点位移和柔性层层间位移为控制目标,对影响结构动力响应的阻尼器刚度和阻尼系数及柔性悬挂楼段设置位置进行优化分析.结果表明:这种体系能够较好地降低地震响应,有着较大的柔性层层间位移和较小的悬挂楼段层间位移;存在最优的阻尼器阻尼系数,能够明显减小主体核筒动力响应;阻尼器的刚度有助于控制柔性层的层间位移;悬挂楼段设置在结构上部对顶点位移的减振效果更好.     

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。     

半刚性悬挂结构体系减振避震机理及参数优化

提出了一种新型悬挂结构体系--半刚性悬挂结构体系。该结构体系在悬挂楼段与转换层之间设置半刚性层,其间设置减振阻尼装置。通过时域内输入El Centro波、Taft波以及人工波,验证了该体系具有良好的动力响应特性。根据随机振动理论,在复数域内推导了体系的随机振动响应表达式;以主体核筒结构顶点位移和半刚性层的层间位移为目标函数,编制了MATLAB计算程序,对体系中影响结构动力响应的阻尼器的刚度和阻尼、悬挂质量比及半刚性连接的转动刚度等进行参数分析。计算结果表明：该体系能够有效减小地震动力响应,半刚性层的层间位移较大,主体结构顶点位移和悬挂楼层的层间位移较小;对于文中给出的结构算例存在最优参数组合：阻尼器刚度和阻尼分别为1×107/N/m和1×107N•s/m,悬挂质量比取3.0,半刚性连接转动刚度为3.14×104N•m/rad;当半刚性悬挂结构的参数取得最优组合时,主体结构动力响应和半刚性层层间位移均可得到较好的控制,结构的减振避震性能明显提高。     

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。     

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。     

附设粘滞阻尼器的高层立体车库风振性能

为了控制高层立体车库在水平风荷载作用下的风振响应,附设粘滞阻尼器是一种有效方法。针对带隔层支撑的高层立体车库,提出了两类阻尼器布置方案,基于采用线性滤波法的自回归模型(AR模型)生成总风压时程数据,通过ANSYS软件进行风振时程分析,仅引入附加阻尼,研究原结构附设粘滞阻尼器之后的减振效果,以减振率和吸收的风振能量为性能指标,通过比较不同阻尼器布置方案的性能指标差异,得到最优阻尼器布置方案。结果表明:方案A-1的减振效果最好,中柱和角柱的减振率分别为29.2%,36.1%,其他构件吸收的风振能量为715 J。附设粘滞阻尼器之后,结构的层间位移角、顶部位移和顶部加速度都得到明显改善,为高层立体车库的抗风设计提供了参考。     

核筒-悬挂体结构地震动力反应分析

利用拉格朗日方程建立了核筒悬挂结构体系运动方程,考虑了大位移非线性的影响,采用Longe-Kuta方法求解体系地震动力响应时程。计算结果表明,悬挂体系能明显减小楼层层间位移、速度及加速度,减震效率接近90%,核筒截面抗弯刚度对其截面内力及筒身水平位移影响最显著,截面内力随其增加而增加,而吊杆长度及阻尼器的阻尼系数对截面内力的影响较小。阻尼系数对层间位移及核筒内力存在优化值,楼层位移、楼层速度及加速度随阻尼系数减小单调减小。     

悬挂式巨型框架体系优化设计

提出了一种悬挂式巨型框架体系,并基于简化准则,将其格构式主体简化为梁、柱模型,利用SAP2000软件讨论其模型合理性,而后利用静力弹塑性分析方法将梁、柱模型简化为层模型,通过分析证实层模型的有效性。在此基础上,采用3条人工地震波,利用自编程序进行弹塑性地震响应时程分析。结果表明:对于悬挂式结构,在进行结构抗震设计及优化时,应综合考虑主结构位移及主子结构间的相对位移,而后确定其子结构刚度进行设计,抑或采取附加粘性阻尼,使其减小主结构位移的同时有效地减小主子结构间的位移差,避免其因位移差较大而产生的结构碰撞;附加阻尼的悬挂式巨型框架预应力体系,其主体结构约束得到加强,体系抗侧位移减小,且由于粘性阻尼器的存在,结构振动速度减慢,体系能量耗散由结构自身的塑性变形破坏转移至阻尼器上,有效地保护了结构本身,同时,实现了对其用钢量的优化,设计时可加以考虑。     

对称双塔连体结构采用粘滞流体阻尼器的消能减震分析

根据双轴对称双塔连体结构在水平地震作用下的受力和变形特点,在连体位置设置斜向粘滞流体阻尼器对结构进行消能减震。分析了结构各种响应随阻尼系数的变化情况,结果表明存在一个最优的阻尼系数使得结构的响应取得最小值。在对阻尼系数进行优化的基础上,详细研究了结构在小震和大震下的减震效果,计算表明,在采用最优阻尼系数的条件下,结构的最大层间剪力、层间相对位移和楼层位移等各指标都有较好的减震效果。但在大震作用下,由于结构进入塑性后本身的阻尼比增加了,阻尼器的耗能比例相对降低,其减震效果没有小震时明显。     

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。     

粘滞流体阻尼器用于建筑结构的减震设计原理与方法

研究了粘滞流体阻尼器用于建筑结构消能减震设计的原理、分析方法。包括阻尼器的设置、消能支撑的型式、支撑钢杆的设计、抗震设防目标、消能减震建筑结构的特点。给出了消能减震结构的附加水平控制力、附加有效阻尼比、地震影响系数、阻尼矩阵的计算方法;介绍了振型分解反应谱法和直接动力时程分析法的设计计算要点。最后给出了采用粘滞流体阻尼器进行消能减震设计的实用设计步骤。     

黏滞阻尼器有效刚度对结构的影响及其取值方法研究

目前,在进行消能减震结构分析时,通常忽略黏滞阻尼器的刚度,影响了结构受力与响应的准确性。为此,阐述黏滞阻尼器刚度特性及其对结构的影响,给出一种适用于时程分析的有效刚度迭代取值方法。对设置黏滞阻尼器消能减震模型、附加有效阻尼比等效模型和附加有效阻尼比与有效刚度等效模型的三组模型进行分析,研究黏滞阻尼器有效刚度对结构受力与响应的影响。结果表明:采用附加有效阻尼比与有效刚度等效模型分析得到的结构楼层剪力与层间位移角的变化趋势基本和采用消能减震模型分析的结果一致;采用附加有效阻尼比等效模型与采用消能减震模型分析的结果则相差较大;时程分析中采用提出的有效刚度迭代取值方法是可行的,建议黏滞阻尼器消能减震结构设计时考虑黏滞阻尼器有效刚度的影响。     

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。     

软钢阻尼器的优化配置方法探讨

从理论上探讨了软钢阻尼器发挥最佳减震效果时结构应具备的条件。首先基于等效粘滞阻尼比的定义,推导了软钢阻尼器结构等效粘滞阻尼比的表达式,据此,进一步确定了结构等效粘滞阻尼比取最大值时的阻尼装置受剪承载力分配率,将其定义为最优分配率,从而明确了使软钢阻尼器的耗能量达到最大时软钢阻尼器结构所应具备的条件。     

Optimum viscous dampers for stiffness design of shear buildings

The problem in this paper is to find the optimum sets of story stiffnesses and of damping coefficients of the dampers of an elastic planar shear building with viscous dampers (SBVD model) subject to constraints on maximum interstory drifts due to a set of spectrum-compatible earthquake motions, on upper bounds for each damping coefficient of dampers, and on the sum of damping coefficients of dampers. Two basic characteristics of an ordered set of optimum SBVD designs have been disclosed: (1) greater damping coefficients are distributed within the specified upper bounds among the dampers placed on stories with greater interstory drifts; (2) the effect on stiffness reduction of the optimization of the damping coefficients of dampers from an initial design of an SBVD model with uniform dampers is greater when non-uniform maximum interstory drifts with larger differences between the minimum and maximum values are specified. A design guideline for the effective configuration of viscous dampers for stiffness design of an SBVD model is proposed.     

Evaluation of a developed bypass viscous damper performance

In this study, the dynamic behavior of a developed bypass viscous damper is evaluated. Bypass viscous damper has a flexible hose as an external orifice through which the inside fluid transfer from one side to the other side of the inner piston. Accordingly, the viscosity coefficient of the damper can be adjusted using geometrical dimensions of the hose. Moreover, the external orifice acts as a thermal compensator and alleviates viscous heating of the damper. According to experimental results, Computational Fluid Dynamic (CFD) model, a numerical formula and the simplified Maxwell model are found and assessed; therefore, the verification of numerical and computational models are evaluated for simulating. Also, a simplified procedure is proposed to design structures with bypass viscous dampers. The design procedure is applied to design an 8-story hospital structure with bypass viscous dampers, and it is compared with the same structure, which is designed with concentric braces and without dampers. Nonlinear time history analyses revealed that the hospital with viscous damper experiences less structural inelastic demands and fewer story accelerations which mean fewer demands on nonstructural elements. Moreover, seismic behaviors of nonstructural masonry claddings are also compared in the cases of hospital structure with and without dampers.     

偏心结构黏滞阻尼器的空间位置优化

提出了一种基于遗传算法的黏滞阻尼器空间位置优化方法,运用GATBX遗传算法工具箱编制遗传优化程序,通过编制空间三维协同弹塑性动力时程反应分析程序来对结构上设置多个黏滞阻尼器的空间位置进行优化,以控制偏心结构在多维地震作用下的扭转联耦反应。选用两种目标函数,以一个6层的偏心结构为算例,比较阻尼器的均匀布置和优化布置的结构动力响应。优化布置阻尼器可以更有效地减小最大层间位移角,使层变形趋向于均匀,采用遗传算法计算所得结构控制效果较好。     

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。     

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...     

采用粘滞流体阻尼器的工程结构减振设计研究

本文在对不同结构构造的粘滞流体阻尼器的耗能原理进行分析研究的基础上,研制了一种性能良好的阻尼器──双出杆型粘滞流体阻尼器(专利号ZL00219648.4)。试验研究表明,研制的流体阻尼器是一种无刚度的速度相关型阻尼器,阻尼器的阻尼力与活塞的运动速度近似呈线性关系。介绍了工程结构采用粘滞流体阻尼器的减振设计原理,对一栋框架结构建筑进行了减振计算。计算表明,流体阻尼器可有效地降低结构的振动反应,是一种性能良好的消能减振装置。