一种新型阻尼减震机构的设计

本文设计一种新型的拉索式阻尼减震机构,对新型机构的位移放大系数进行计算和分析,并对一个安装有新型机构的三层框架结构的地震响应进行仿真分析。分析结果表明,所设计的新型减震机构具有位移放大系数大、构造简单、连接构件用钢量少等优点,优于目前常见的对角斜撑型和水平支撑型的阻尼器布置方式。     

新型消能伸臂体系的抗震性能

将某60层超高层建筑简化为带两道伸臂的分析模型,基于将抗震性能影响的赘余伸臂设计成消能伸臂的理念,提出了粘滞阻尼器型与防屈曲支撑型两种新型消能伸臂体系,对其在地震波作用下的层间位移角、楼层加速度和能量响应进行分析.结果表明:新型消能伸臂体系对层间位移角和楼层加速度均有较好的减震效果;防屈曲支撑型对减少层间位移角响应更为有效,而粘滞阻尼器型则对楼层加速度的减震效果略优.两种新型消能体系均能减少地震输入能和充分发挥阻尼器耗能,从而有效减少结构动能和应变能,其中尤以防屈曲支撑型为优.因此,在工程实践中优先推荐使用防屈曲支撑型,对舒适度要求特别高的可选用粘滞阻尼器型.     

剪切型结构基于损伤的抗震设计方法研究

提出一种剪切型结构基于损伤的新型抗震设计方法.鉴于以往针对结构最大位移模式的研究没有考虑低周疲劳累积损伤的影响,对若干典型剪切型多自由度体系进行大量弹塑性时程分析,探讨了当最大层间损伤达到某一确定值时结构沿竖向楼层的最大位移分布模式,提出了不同周期结构的最大位移分布计算公式;结合规范设计反应谱建立了等延性屈服点谱,提出了基于最不利楼层容许损伤和结构整体目标延性的抗震设计方法和步骤.算例分析表明,按该方法进行结构设计,能有效控制结构最不利楼层的损伤和结构整体延性,确保实现"大震不倒"的抗震设计目标.     

偏心结构非线性黏滞阻尼器位置优化的遗传算法求解

目的研究遗传算法在偏心结构中非线性黏滞阻尼器位置优化的应用问题,通过与穷举法结果比较,验证了该优化方法的可行性.方法分别采用了二进制的对称分组和自由分组两种编码方式,基于改进的遗传算法（MGA）和有限元分析软件SAP2000API开发了一种面向偏心结构中阻尼器快速优化布置的平台.推导了基于拟合标准反应谱生成的人工地震动记录的方法,提出了两种为抑制偏心结构扭转效应而设计的评价函数,然后引入两个性能评价指标,进行了大量逐步积分数值分析.与穷举法比较验证了该优化平台对于偏心结构中,给定数目黏滞阻尼器位置优化结果的可靠性和高效性.结果评价函数的设计和编码方法的选择对阻尼器优化影响较大,场地地震动输入会影响阻尼器的位置优化与编码方法的选择相关;力学参数的改变不影响阻尼器的位置分布,但非黏滞阻尼器阻尼系数和阻尼指数取值适中,可以兼顾层间位移角最大楼层和结构总体反应两个方面的减震效果.结论遗传算法与有限元方法的结合,可以方便快捷地解决偏心结构中阻尼器的位置优化的问题.但评价函数、编码方法以及地震动输入的选择要结合实际工程的需要.     

导管架式海洋平台Pall型摩擦阻尼控制研究

笔者考虑几何非线性,首次提出了适用于海洋平台结构的Pall型摩擦阻尼器的一种新型应用方式,对安装Pall型摩擦阻尼器的不同坡度的等腰梯形框架进行了有限元分析,采用ANSYS程序对该Pall型摩擦阻尼器的滞回特性和力学特性进行了详细的分析.分析结果表明安装Pall型摩擦阻尼器能有效减小动荷载作用下的最大位移,并且大大提高框架的耗能能力,证明了这种新型Pall型摩擦阻尼器与原Pall摩擦阻尼器具有同样的耗能能力.最后,将这种摩擦阻尼器放置在海洋平台结构中,分析了此种摩擦阻尼器在海洋平台结构中的减震效果.     

阻尼器在框架结构中的优化布置策略

基于基础隔震体系的动力特性提出将阻尼器安装在框架结构底部楼层的优化布置策略。首先通过计算场地特征频率ω与减震结构底部隔震层固有频率ωn的比值初步确定结构底部安装阻尼器的楼层数;随后针对减震结构层间位移容许值,通过几次简单的试算即可最终确定所需的阻尼器数量及其安装位置。采用Etabs和Perform-3D两种分析软件,选取2条实际强震纪录和1条人工模拟的加速度时程曲线对一栋10层的减震结构进行了弹性和弹塑性时程分析,表明在底部楼层安装阻尼器的减震结构具备与基础隔震体系类似的动力特性。     

转角位移型阻尼器性能研究与基于复杂电厂结构的工程应用分析

针对传统加固方案空间占有率大的缺点，本文提出了一种应用于梁-柱节点的新型转角位移型阻尼器，该阻尼器在保证耗能效果的同时最大可能满足建筑功能布置。其耗能原理是通过梁-柱夹角变化推动阻尼器内部的双曲线型金属棒发生弯曲变形，进而耗散地震能量。经有限元模拟和力学试验研究发现，该阻尼器拥有良好的耗能能力和塑性变形能力，即使在大变形下也不容易发生破坏，并且通过改变耗能棒数量可以直接调节阻尼器的性能参数，与工程设计运用相配合。为方便工程设计，提出了一种直线型布置的等效模型，理论推导了该阻尼器的等效模型物理参数计算方法，并用有限元模拟证实了等效模型的准确性。为评估该阻尼器的耗能效果，将其与普通钢隅撑、黏弹性阻尼器分别设置在某一电厂结构中进行设计分析。计算结果表明，新型转角位移型阻尼器能够有效的降低结构响应，且减震效果优于隅撑与黏弹性阻尼器。     

斜撑框架结构抗震设计方法分析

与传统的框架 -剪力墙结构相比 ,斜撑框架结构是一种受力更为合理、经济的结构体系 .分别采用有限元分析程序AlgorFEAS和商用建筑结构分析设计程序TAT ,并应用振型分解反应谱方法和时程分析法 ,对斜撑框架结构的地震反应进行了对比分析计算 .计算结果表明 :采用不同的计算方法与计算程序得到的斜撑框架结构体系的自振特性相差较大 ,而结构的内力相差不大 ;目前的商用软件如TAT可适用于斜撑框架结构的工程设计 .     

斜撑框架结构抗震设计方法分析

与传统的框架－剪力墙结构相比,斜撑呆结构是一种受力更为合理、经济的结构体系,分别采用有限元分析程序ＡｌｇｏｒＦＥＡＳ和商用建筑结构分析设计程序ＴＡＴ,并应用振型分解反应谱方法和时程分析法,对斜撑框架结构的地震反应进行了对比分析计算。     

双目标优化与生成对抗网络结合的框架结构阻尼器布置方案智能设计方法

为实现框架结构的阻尼器智能化布置,结合减震设计原理和智能算法,采用双目标优化算法和生成对抗网络算法分别进行阻尼器竖向和水平智能布置研究,并将该方法应用到两个框架结构减震设计工程案例中。在框架结构减震设计中,采用双目标优化算法进行阻尼器竖向布置,并与逐层逼近法、工程师设计和非减震设计进行对比,结果表明,采用该优化算法得到的阻尼器竖向布置方案能有效降低层间位移角和楼层加速度,提高结构的抗震性能。在确定各楼层的阻尼器数量后,利用训练好的生成对抗网络生成模型,可快速、自动地选择和确定各楼层阻尼器的平面安装位置,生成的平面布置与工程师设计的平面布置在相似性差异度综合评价指标上小于临界值0.1,说明两者相似度较高,且有利于提高原结构的抗扭能力。将双目标优化算法与生成对抗网络相结合,不仅能满足框架结构的减震性能目标,而且可实现阻尼器布置方案的智能设计,提升减震工程设计效率。     

基于主动控制优化被动黏滞阻尼器及混合隔震研究

针对隔震结构在超防烈度下隔震层位移响应过大问题,提出了基于主动控制算法优化被动粘滞阻尼器的策略。并将被动粘滞阻尼器安装于基础隔震结构形成被动混合控制结构,采用此被动混合控制能够基本实现主动混合控制的控制效果,实现以更加经济简便的方式解决隔震结构在超防烈度下隔震层位移响应过大问题。首先将主动控制装置设置于隔震层形成主动混合隔震控制体系,采用主动控制算法获取隔震层主动控制力与速度特性,其次,利用主动控制力与速度关系曲线,通过最小二乘法拟合被动粘滞阻尼器的最优阻尼系数与速度指数,最后将设计出的被动粘滞阻尼器安装于隔震层,形成被动混合隔震控制体系。以一栋七层基础隔震结构为受控模型,通过对主动混合隔震控制体系与被动混合隔震控制体系的仿真分析可知：主动混合隔震控制对隔震层位移的减震率分别为39.41%,45.04%及55.54%;被动混合隔震控制对隔震层位移的减震率分别为36.40%,44.30%及52.51%;被动混合隔震控制对于隔震层位移的减震率能够达到主动混合隔震控制效果的90%以上,被动混合隔震控制对于隔震层加速度响应的减震率能够达到主动混合隔震控制的60%以上,被动混合控制也同样实现了减小隔震层地震响应的同时不增加上部结构的响应,依据主动控制算法设计的被动粘滞阻尼器形成的被动混合控制结构能够基本实现主动控制的效果。说明依据主动控制设计被动粘滞阻尼器实现主动控制效果的思想的可行性。     

减震结构粘滞阻尼器参数优化分析

研究了基于响应面法进行减震结构非线性粘滞阻尼器参数优化设计的方法,该方法包括试验设计、有限元分析、响应面函数拟合和参数优化。以一榀钢筋混凝土框架结构非线性粘滞阻尼器参数优化为例,以所有粘滞阻尼器提供的阻尼力之和最小为优化目标函数,层间最大位移限值作为约束条件,建立粘滞阻尼器参数优化的数学模型,然后运用非线性规划优化方法进行参数优化。算例研究结果表明:基于响应面法进行粘滞阻尼器参数优化,既能保证结构层间位移小于限值,又能降低建造成本。     

高层结构屋顶构架风振控制设计与研究

以合景大厦为工程背景,介绍了屋顶构架风振控制设计,并给出了基于弯曲错动耗能的阻尼片的试验性能分析及屋顶构架控制的数值计算结果.分析结果表明:增加阻尼材料厚度和钢板厚度均可增加阻尼片的耗能能力;在结构中布置阻尼片可以有效地降低屋顶构架及结构顶层的动力响应,能够较好地改善屋顶构架的层间相对位移,满足结构舒适度要求.构架层间位移角最大控制效果为41.4%,构架顶点位移响应最大值控制效果为13.9%,结构顶点加速度响应最大值控制效果为38.3%.在本工程采用的耗能减振技术,具有明显的技术经济效益.     

独塔双索面曲线铁路斜拉桥抗震性能分析

以穗盐路特大铁路桥为对象,对安装E型钢阻尼支座的独塔双索面曲线铁路斜拉桥的抗震性能进行了研究。建立了斜拉桥的动力有限元模型之后,考虑两种地震水平力的作用,采用反应谱法和非线性动力时程分析法对斜拉桥的抗震性能做了数值分析。研究表明,横向约束销钉剪断后,安装了E型钢阻尼支座的桥梁结构的地震内力响应相比无减震体系有较好的改善,且桥梁各代表截面及桩基础内力等的抗震验算均满足相应的抗震性能要求。     

SATMD与粘弹性阻尼器相结合控制体系的地震反应分析

混合控制体系是结构控制领域里的一种新型高效控制体系,它能以较低的能量输入和简单经济的消能元件,取得较好的控震和减震效果.首先研制开发了一种模糊控制器,介绍了其设计原理和方法,通过在结构顶层安装被动调谐质量阻尼器(PTMD),并在控制系统中引入模糊控制器,可实现刚度和阻尼控制档位的自动调节和调谐的半主动化.同时,在结构其他各层进行粘弹性阻尼器的优化设置,可使结构体系达到最优控制要求.还提出了半主动调谐质量阻尼器(SATMD)与粘弹性阻尼器相结合的混合控制实用设计方法,并编制电算程序进行了地震作用下的时程分析,证实了该控制体系在降低结构地震反应方面的有效性.     

强震区多跨长联连续梁桥减隔震设计

为了给高烈度地区多跨长联连续梁桥抗震设计提供参考,以一座（55+4×90+55）m的连续梁桥为工程背景.采用ANSYS软件建立全桥分析模型,基于非线性时程分析方法,对比研究结构采用双曲面摩擦摆支座、黏滞阻尼器和速度锁定装置3种减隔震装置下的地震响应.结果表明：黏滞阻尼器在罕遇地震作用下形成了完整的滞回环,每个阻尼器耗能能力明显;采用双曲面摩擦摆支座、黏滞阻尼器和速度锁定装置时,结构的地震响应相对于传统抗震体系都有一定程度地降低,固定墩内力相对减震率分别为63.44%、6.90%、42.32%,位移相对减震率为65.70%、9.34%、43.77%;采用双曲面摩擦摆支座作为减隔震措施时,墩底内力和墩顶位移远小于黏滞阻尼器和速度锁定装置2种减隔震措施.     

Parametric design strategy of a novel cylindrical negative Poisson’s ratio jounce bumper for ideal uniaxial compression load-displacement curve

A cylindrical negative Poisson’s ratio (CNPR) structure based on two-dimensional double-arrow negative Poisson’s ratio (NPR) structure was introduced in this paper. The CNPR structure has excellent stiffness, damping and energy absorption performances, and can be applied as spring, damper and energy absorbing components. In this study, the CNPR structure was used as a jounce bumper in vehicle suspension, and the load-displacement curve of NPR jounce bumper was discussed. Moreover, the influences of structural parameters and materials on the load-displacement curve of NPR jounce bumper were specifically researched. It came to the conclusion that only the numbers of cells and layers impact the hardening displacement of NPR jounce bumper. And all parameters significantly affect the structure stiffness at different displacement periods. On the other hand, the load-displacement curve of NPR jounce bumper should be in an ideal region which is difficult to be achieved applying mathematical optimization method. Therefore, a parametric design strategy of NPR jounce bumper was proposed according to the parametric analysis results. The design strategy had two main steps: design of hardening displacement and design of stiffness. The analysis results proved that the proposed method is reliable and is also meaningful for relevant structure design problem.     

脉冲地震作用下千米级斜拉桥减震设计方法

为研究近断层脉冲地震动作用下千米级斜拉桥的减震设计方法,以某漂浮型千米级斜拉桥为背景,建立了有限元模型,选择了典型的近断层脉冲型地震动,同时设计了3种减震体系,在塔梁之间分别采用弹性连接装置、流体粘滞阻尼器以及两者的组合装置。随后对模型进行了非线性动力分析,分析了脉冲效应、减震体系的设计参数和减震效果,结果表明：脉冲长周期放大结构反应,剪切波速不影响结构反应,组合装置的减震效果最好。最后,建议了基于目标减震率的减震体系设计流程。     

T型橡胶减振器非线性特性分析与预压缩量设计

为研究T型橡胶减振器的结构型式和材料性能对其非线性动力学特性的影响,并提高其对飞行环境的适应能力,改善其在恶劣环境下的使用性能,提出了一种含分段线性刚度及阻尼和立方刚度的双层级非线性动力学模型。首先,对T型橡胶减振器进行了简化建模,并采用等价线性化方法,推导得到了分段线性系统的等效刚度和等效阻尼。其次,利用谐波平衡法分别数值模拟了等幅值外力载荷正弦扫频激励下分段线性刚度系统和立方刚度系统的非线性频响函数,验证了构建模型的有效性。最后,进行了T型橡胶减振系统在基础位移正弦扫频条件下的传递特性试验,并与数值计算结果进行了比对。研究结果表明,针对T型橡胶减振器,较低激励载荷即可导致结构型式的渐进软化,较高激励载荷才能引发材料性能的动态软化;该模型能够较好的模拟T型橡胶减振器具有的渐软刚度和渐小阻尼的非线性特性。此外,从航天工程应用的角度出发提出了针对大过载、强振动环境进行预压缩量设计的方法。     

罕遇地震下石化钢结构减震的关键影响因素

在强烈地震作用下,炼油厂的石化钢结构可能发生破坏,导致较大的经济损失,并易引发严重的次生灾害。为降低石化钢结构的地震风险,结合石化钢结构的特点,以某大型炼油厂重整装置反应器为例,建立有限元分析模型,设置黏滞阻尼器进行罕遇地震下的减震设计,并分析了阻尼器的设置位置、数量和阻尼参数等影响因素。研究结果表明,黏滞阻尼器所在楼层的层间剪力和层间位移角显著减小,布置在结构底部的减震效果优于布置在中、上部;随着阻尼器数量的增加,层间剪力和层间位移角都会随之减小,但减少幅度逐渐降低;阻尼系数对石化钢结构减震效果的影响大于阻尼指数,减震设计中宜优先调整阻尼系数以获得较好的抗震性能。