黏弹性隔震系统非均匀与完全非平稳地震响应解析分析

为建立设置支撑的实用黏弹性阻尼器耗能结构及阻尼器系统的抗震动力可靠度分析方法,提出了在非扩阶空间上,基于非均匀和完全非平稳地震激励下,设置支撑的实用黏弹性阻尼器耗能隔震系统响应的通用解析解。对于设置支撑的实用黏弹性阻尼器做等效变换,并建立隔震结构系统的运动方程,在非扩阶空间上获得系统在任意激励和非零初始条件下瞬态响应的非正交模态叠加精确解。基于地震动的强度非平稳和频率非平稳,获得了耗能隔震结构位移、速度,阻尼器受力、受力速度,支撑位移、速度以及阻尼器位移、速度的非平稳均方响应通用解析表达式,并具体得到经典均匀与非均匀调制非平稳随机地震激励和C-P完全非平稳地震动功率谱模型的具体响应解析解。通过结构系统各响应基于该方法的频响函数与直接求解的频响函数对比验证了该方法的正确性。该分析方法的建立为设置支撑的实用黏弹性阻尼器耗能结构及阻尼器系统的抗震动力可靠度分析乃至抗震设计方法的研究提供了一套新的分析途径。     

黏弹性耗能结构系统非均匀和完全非平稳响应的精细积分格式

为建立黏弹性耗能结构及其保护系统的抗震分析与设计方法,结合虚拟激励法对设置支撑的Maxwell阻尼耗能系统均匀与非均匀非平稳、完全非平稳随机地震响应的数值分析方法进行了系统研究.构造设置支撑的Maxwel阻尼耗能系统,通过扩阶方法建立结构动力方程;基于高效的虚拟激励法,提出了均匀与非均匀非平稳、完全非平稳响应的简谐-指...     

一般线性粘弹性阻尼器耗能结构瞬态响应的非正交振型叠加精确解

对一般线性粘弹性阻尼器(含线性橡胶隔震支座)耗能结构的非正交振型叠加精确解法进行了系统研究。首先采用最一般的线性粘弹性阻尼器的积分型精确分析模型,用微分积分方程组实现一般粘弹性阻尼器耗能结构的时域非扩阶精确建模;然后采用传递矩阵法,直接在耗能结构原始空间上获得了一般线性粘弹性耗能变频结构在任意激励和非零初始条件下位移与速度时域瞬态响应的非正交振型叠加精确解;通过与3种典型结构的对比分析,验证了该精确解的正确性、简易性和普适性。该非扩阶精确解具有明确的物理意义,可视为现有比例粘滞阻尼定常结构的经典正交振型叠加精确解在一般线性粘弹性阻尼耗能变频结构的推广,能从本质上精确揭示耗能结构的振动机理,即尽管耗能结构的振型不具有正交性,但耗能结构响应仍然可精确分解为各振型响应的线性组合。此振动机理将为建立耗能结构精确的振型分解反应谱法提供分析路径,同时可将现有用于一般粘滞阻尼定常结构的参数识别、动力修改、最优控制及优化设计等方法推广到一般粘弹性阻尼变频非定常结构。     

黏弹性土中衬砌隧道振动响应的解析解

该文采用解析方法在频率域内对黏弹土层和衬砌结构简谐振动特性进行了研究。首先, 将土骨架视为具有分数阶导数本构关系的黏弹性体, 根据黏弹性理论, 推导得到了简谐荷载作用下分数导数型黏弹性土层的位移和应力等解析表达式。其次, 建立了两种类型的衬砌运动方程：第一, 将衬砌结构视为均匀弹性介质, 研究了分数导数黏弹性土中弹性衬砌结构的动力特性;第二, 将衬砌等效为薄壁壳体结构, 利用Flügge薄壳理论, 得到了衬砌结构的运动方程, 并对分数导数黏弹性土和壳体衬砌的动力相互作用进行了分析。根据连续性边界条件, 得到了相关待定系数的表达式。再次, 与以往的解析解进行了对比。最后, 通过算例分析了土体和衬砌各参数对系统动力特性的影响, 结果表明：薄壁壳体衬砌结构条件下系统的动力响应大于均匀弹性衬砌结构条件下系统的动力响应;随着土体和衬砌模量比的增加, 响应幅值逐渐减小。分数导数本构参数对系统的动力特性有较大影响。     

位移放大型黏弹性减震系统力学模型与地震响应分析

针对消能减震结构在层间位移较小时耗能效率欠佳的问题,提出了一种可将结构层间位移放大的黏弹性阻尼器,并建立了位移放大型阻尼系统的力学模型,完成了位移放大2.5倍的黏弹性阻尼器和普通黏弹阻尼器的力学性能对比试验,最后通过算例分析探讨了不同减震结构的地震响应。所提出的力学模型与试验结果吻合。位移放大型阻尼器的出力和耗能相比普通阻尼器被有效地放大。多遇地震下,附加位移放大型黏弹性阻尼器减震结构的附加阻尼比显著提升,阻尼耗能是普通减震结构的1.98倍。     

黏滞阻尼器耗能增效减震系统理论及试验研究

鉴于传统消能减震系统在层间位移较小时耗能效率有限,介绍了一种带位移放大装置的黏滞阻尼器增效减震系统,可通过放大阻尼器的相对变形提升系统耗能能力。基于该系统变形受力特性构建了其耗能增效及高阶效应力学模型,发现在阻尼器拉伸和压缩变形过程中存在不对称现象,进一步讨论了模型参数对力学性能的影响规律。设计制作了试验模型,并完成了在正弦荷载的作用下的往复加载试验。通过对比试验结果与理论曲线验证了理论力学模型的正确性,并通过试验探讨了频率相关性与疲劳性能。最后针对某框架?剪力墙减震结构进行地震响应分析,结果表明较少数量的带位移放装置的黏滞阻尼器增效减震系统可实现数倍普通阻尼器的增效减震效果。     

演变随机激励下线性结构的非平稳响应特性

本文采用复模态分析法,考察了常参数线性阻尼系统在演变随机激励下的非平稳响应特性.得到了响应时变相关函数矩阵的闭式解.所得结果通用于经典阻尼与非经典阻尼情形.方法简便实用,它将非平稳随机响应问题归结为复代数运算.所附算例分别就演变随机激励与相应的突加平稳激励情形,对系统时变均方响应的结果进行了对比.     

自锚式悬索桥的平稳/非平稳随机地震响应

通过引入均匀调制演变函数,考虑了地震激励幅值的非平稳性。同时考虑了地震动空间效应,包括行波效应、部分相干效应和局部场地效应的影响,对一自锚式混凝土悬索桥结构进行了地震反应分析。计算了平稳/非平稳地面激励下主塔弯矩以及剪力反应。计算结果表明,考虑非平稳因素可使地震反应峰值减小,行波效应和相干效应使结构地震反应增大。     

基于反应谱的土与结构相互作用体系非平稳随机地震反应分析

提出了分析土与结构相互作用系统随机地震响应分析的反应谱方法,考虑地震激励的非平稳性,假定地震激励为等效平稳随机过程,根据线性时不变系统对随机激励的传递关系,利用规范中的标准反应谱,确定系统非平稳响应的统计量。实际算例表明所提出的方法与震灾情况具有较好的一致性。     

非线性系统非平稳随机响应矩计算的Newmark递推算法

利用Ｎｅｗｍａｒｋ离散化格式，结合时变等价线性化步骤，导出了计算非线性系统受白噪声和非白噪声随机激励作用下非平稳响应协方差矩阵的递推算法。该算法计算步骤简单，易于在计算机上实现，计算效率高。算例表明，其所得计算结果和ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟结果符合较好。     

安装新型形状记忆合金阻尼器的古塔结构地震反应有限元分析

本文设计了一种拉压型形状记忆合金（SMA）阻尼器,对广东省的一座古塔进行减震控制。通过把SMA阻尼器安装在古塔上,可同时减少古塔在水平地震和竖直地震作用下的响应。采用大型通用软件ANSYS对古塔安装和不安装SMA阻尼器结构分别进行了有限元仿真分析,对结构的动力特性、水平地震反应和竖向地震反应进行了分析和对比,探讨了SMA阻尼器的控制效果,分析结果与振动台试验数据进行了比较,验证了分析结果的可靠性。     

BEM approach to protection of structures from seismic waves by a viscoelastic stratum

In the context of the anti-plane problem, we study harmonic oscillations of an elastic rectangle whose base is isolated from the foundation by a viscoelastic stratum of finite thickness. Such a (viscoelastic) medium is embedded in the ground, which is simulated as a homogeneous isotropic elastic half-space. By using the fundamental representation of solution through single and double layer potentials, the problem is reduced to a set of integral equations. The main practical aspect of this investigation is connected with seismic base isolation. We thus estimate the wave attenuation, which results in the decrease of the vibration amplitude for the rectangular construction, provided by the viscoelastic stratum.     

Nonlinear viscoelastic analysis of orthotropic beams using a general third-order theory

The displacement based finite element model of a general third-order beam theory is developed to study the quasi-static behavior of viscoelastic rectangular orthotropic beams. The mechanical properties are considered to be linear viscoelastic in nature with a scope to undergo von Kármán nonlinear geometric deformations. A differential constitutive law is developed for an orthotropic linear viscoelastic beam under the assumptions of plane-stress. The fully discretized finite element equations are obtained by approximating the convolution integrals using a trapezoidal rule. A two-point recurrence scheme is developed that necessitates storage of data from the previous time step only, and not from the entire deformation history. Full integration is used to evaluate all the stiffness terms using spectral/hp lagrange polynomials. The Newton iterative scheme is employed to enhance the rate of convergence of the nonlinear finite element equations. Numerical examples are presented to study the viscoelastic phenomena like creep, cyclic creep and recovery for thick and thin beams using classical mechanical analogues like generalized n-parameter Kelvin-Voigt solids and Maxwell solids.     

变压器及套管隔震体系振动台试验及地震响应分析

国内外震害分析表明,变压器及套管的抗震能力薄弱,地震中破坏型式多样。提高变压器及套管抗震能力的关键是降低加速度响应。隔震技术具有隔震机理明确、减震效果明显的特点,得到了广泛地应用。首先,提出了变压器适用的隔震层设计方案。通过组合隔震支座的研制与力学性能试验研究,得到了相关力学性能参数,所研制的隔震支座具有力学性能稳定、滞回耗能能力强等特点。其次,设计了一台真型变压器及套管试验模型,开展了不同地震输入下,变压器隔震前后的振动台抗震试验,分析了变压器及套管的动力特性及地震响应。试验分析表明,隔震后变压器的自振频率有较大降低,除Taft输入下隔震效果不理想外,其它地震输入时变压器加速度等地震响应均有较明显的降低。最后,采用ANSYS建立试验变压器的数值模型,开展了两种隔震方案的变压器地震响应数值分析,分析与试验结论基本一致。上述研究对今后开展变压器隔震设计与应用具有重要的参考意义。     

横观各向同性黏弹性沥青路面动力响应解析解

提出了移动荷载作用下各向异性层状地基上柔性路面结构动力响应分析的半解析解法。基于土-结构相互作用理论,建立了柔性路面-层状地基的动力耦合模型。对近场道路结构建立波数域有限元模型,基于精细积分及谱元法原理建立远场地基的谱元模型,利用子结构法来确定近-远场耦合界面处的边界条件,进而实现近场和远场结构的耦合,利用快速Fourier变换获得柔性路面在时空域的动力响应解答。该文方法既可以考虑道路结构的几何特性,也可以计入地基层状分布及各向异性特性的影响。近场有限域模型尺寸不会受到地基层数及层厚的影响,数值求解稳定。通过与解析解的对比,验证了提出方法的有效性与合理性。数值算例对比分析了道路-地基耦合模型与以往整体层状道路模型所得动力响应的差异,并讨论了道路结构层弹性模量的影响规律。

     

磁流变阻尼器系统的非线性动力学分析

以单自由度非线性磁流变阻尼器系统为研究对象,通过变换磁流变阻尼器的外加电压,对系统实施半主动开-关控制。在分析系统运动特征基础上,给出了系统的运动微分方程,利用平均法进行分析求解。根据奇异性理论得到系统基的普适开折以及特例情况下的转迁集。并将磁流变阻尼器应用到转向架横向动力系统的振动控制中,分析了系统参数对幅-频特征曲线以及稳定性的影响     

基于微滑移解析模型的干摩擦阻尼叶片稳态响应分析

基于单边微滑移解析模型,建立了阻尼器干摩擦力的本构关系,该模型可以较好地描述摩擦界面粘滞一滑移状态以及在同一时刻阻尼器各局部拉、压应变不同而产生的摩擦力方向的不同。采用等效刚度和等效阻尼对干摩擦力的非线性特征进行了线性化处理。引入干摩擦阻尼因子度量干摩擦阻尼效果。采用谐波平衡法对简化的带阻尼器叶片系统进行了强迫振动响应分析。分析表明：干摩擦阻尼器对叶片的作用体现在阻尼和刚度两个方面,于摩擦阻尼因子是评价干摩擦阻尼效果的一个较好的参数;存在最佳的正压力,使干摩擦阻尼因子最大,响应最小。     

弹塑性钢阻尼器用于大跨度CFST拱桥的减震控制研究

弹塑性钢阻尼器具有良好的减震效果,但目前的研究和应用主要集中在房建领域。本文以主跨368m的茅草街大桥为研究对象,进行了弹塑性钢阻尼器用于大跨度钢管混凝土拱桥地震响应的减震控制研究,采用非线性时程分析法进行了阻尼器关键参数的敏感性分析,研究了不同屈服荷载、不同弹性刚度及不同空间布设阻尼器的减震效果,最后重点分析了行波效应对弹塑性钢阻尼器减震效果的影响。结果表明,对于该中承式钢管混凝土系杆拱桥,弹塑性钢阻尼器的减震效果明显;综合考虑各部位的地震响应,在主梁各支承间均匀布设阻尼器为最佳布置方式;考虑行波效应后,阻尼器的减震效果更佳。