消能减震钢筋砼框架结构的设计方法研究

本文对江苏新沂市某商业楼所采用的消能减震钢筋砼框架结构进行了设计,研制了构造简单、消能能力强的新型消能器,对其进行了弹塑性有限元力学性能分析,并对该消能减震钢筋砼框架结构和相应的普通框架结构及框架－剪力墙结构进行了弹塑性时程分析。结果表明所设计的消能减振框架结构具有优越的抗震性能,并为类似建筑结构的设计提供了借鉴。     

基于等效层模型的静动力抗震分析及其在剪力墙减震设计中的应用

以某高层剪力墙结构为工程背景,基于等效层模型,将静力弹塑性方法与非线性时程分析方法相结合,对结构进行了消能减震分析。首先对结构三维空间模型进行了静力弹塑性分析,得到了结构的层间恢复力曲线。在此基础上,根据能量相等原则确定了等效三线型恢复力模型,建立了结构等效弹塑性层模型,进行了弹塑性时程分析,并研究了非线性粘滞流体阻尼器对高层剪力墙结构在罕遇地震作用下反应的振动控制。分别对减震前后剪力墙结构在EL CENTRO波、唐山波和人工波作用下的整体反应进行了分析和评估。研究结果表明,采用静动力综合抗震分析方法对结构弹塑性等效层模型进行时程分析可以用于评估结构的弹塑性整体抗震性能,为工程设计提供参考;采用粘滞流体阻尼器可以明显减小高层剪力墙结构在罕遇地震作用下的反应,使得层间位移满足《建筑抗震设计规范》的要求,该方法可为类似结构的减震设计提供借鉴。     

以带肋楼板为质量块形式的TMD设计方法研究

为了不额外增大结构自重,同时又能将TMD原理很好的应用于高层建筑结构地震反应控制,提出以带肋楼板的恒载和活荷载换算为子结构的质量、设置在主梁(包括次梁)和带肋楼板之间的橡胶隔震垫的抗侧刚度和阻尼代替子结构的弹簧和阻尼器的一种TMD体系。考虑该TMD的高层建筑为研究对象,建立振动微分方程,利用自编程序进行地震反应弹塑性时程分析,讨论该体系的合理性和可行性。基于定点理论的思想对TMD的设计方法进行研究。在多种地震动作用下,分别计算原结构与消能减震结构的地震反应,并对比两者的耗能情况。考虑TMD设置位置对消能结构地震反应的影响,分析该TMD在实际工程中实施的可行性和方案,最终提出简单有效的TMD设计方法-定点理论修正法。基于该方法并运用算例模型进行计算分析,结构运用该方法后具有较好的消能减震效果,故定点理论修正法是合理可靠的。     

黏滞阻尼器在时程分析下的附加有效阻尼比研究

为了研究消能减震结构中黏滞阻尼器在时程分析中所提供的附加有效阻尼比,从阻尼力做功(阻尼能)的角度出发,建立阻尼能与附加有效阻尼比在时程过程中的关系,提出附加有效阻尼比的理论计算公式,并建立有限元分析模型来验证该公式,对比消能减震结构与等效结构的阻尼能。结果表明,该阻尼比计算公式比现有的其它公式具有更强的通用性及合理性,适用于计算黏滞阻尼器在任意时程分析过程中的附加有效阻尼比,且消能减震结构与等效结构具有相同的阻尼能。     

粘弹性消能支撑在网格屋盖结构上的应用研究

根据网格屋盖结构的动力特性和构造特点,提出粘弹性阻尼器小八字消能支撑进行减震控制,并采用单质点模型推导出设置消能支撑后屋盖结构的阻尼比计算公式,进一步依据震动谱理论推导出单质点分析法预测屋盖消能结构减震系数的公式,对于消能结构的详细设计则采用振型分解反应谱法或时程分析法,最后结合工程实例进行了数值分析,结果表明:粘弹性...     

消能减震结构的损伤集中分布研究

消能减震结构是一种应用前景非常广泛的结构抗震体系。利用能量平衡的原理,采用质点系振动模型,通过对建筑结构模型进行地震响应和能量耗散的时程分析,讨论了在结构中设置薄弱层即消能层,控制结构在地震中的损伤集中分布在结构消能层的理论可行性,研究了所布置阻尼器及结构薄弱层的参数对损伤的集中程度的影响。结果表明设置消能层能够集中损伤,并可以减少消能层上部主体结构的截面尺寸,达到节省建筑材料提高经济效益目的。     

可控消能减震能力墙结构体系分析

本文介绍一种新的变刚度变主动控制消能减震技术在剪力墙结构中的应用及其地震分析方法，文章给出了减震控制系统在剪力结构中的设置情况，描述了减震装置的恢复力模型，给出了减震剪力墙结构体系的计算简图以及地震作用下的时程分析方法，并通过一个算例说明减震效果及一些结论。     

附加黏弹性阻尼器的钢框架结构减震性能研究

定义未加黏弹性阻尼器的结构为原结构,附加黏弹性阻尼器的结构为消能减震结构。建立12层钢框架结构模型并计算其恢复力特性,根据原结构以及采用分数微分方法计算的消能减震结构的振动微分方程,分别编制两种结构的弹塑性时程分析程序,计算在多种地震动作用下的地震反应,并对两者的能量分配进行比较分析。对消能减震结构中黏弹性阻尼器的不同布设方式以及投放量进行研究,得出阻尼器投放量与楼层的相关性并进行验证。结果表明,黏弹性阻尼器不仅具有很好的减震效果,而且可以根据阻尼器投放量与楼层的相关性确定阻尼器投放量,使结构的减震效果达到较优的状态。     

考虑土-结构相互作用的黏弹性减震结构的简化设计方法

首先在频域中建立了考虑土-结构相互作用(SSI)的黏弹性阻尼单自由度消能减震结构体系的动力平衡方程,通过模态应变能法及结构体系的传递函数,推导出了结构体系等效周期及等效阻尼比的计算方法,并参数化分析了SSI效应对消能减震结构的影响。结果表明结构的高宽比及初始附加阻尼比对阻尼器的减震效率影响较大。通过等效方法将质量刚度分布比较均匀的多自由度减震框架体系简化为单质点体系进行抗震分析。算例表明该方法具有一定的精度,对考虑SSI效应的消能减震结构体系的抗震评估具有一定的工程应用价值。     

双段消能摇摆结构体系的地震反应特性研究

单段消能摇摆结构体系通过刚度较大的摇摆结构,能够控制主体结构均匀变形,遏制薄弱层产生。当结构高度较高时,单段摇摆结构的抗弯刚度较难满足抗震设计需求,单段消能摇摆结构体系不适用于高层建筑。基于此,提出了将单段摇摆结构划分为双段、并于分段位置处布设位移型阻尼器的双段消能摇摆结构体系。双段摇摆机制可以抑制薄弱层产生,降低摇摆结构的抗震设计需求。阻尼器能够消耗地震能量,进一步降低结构的地震反应。以双段消能摇摆钢桁架-框架结构为对象,分析对比了支撑-框架结构、单段消能摇摆钢桁架-框架结构、单段摇摆钢桁架-框架结构以及双段摇摆钢桁架-框架结构的抗震性能。采用OpenSees软件建立弹塑性有限元分析模型,进行了弹塑性抗震分析以及增量动力时程分析。研究表明,双段消能摇摆结构体系具有良好的抗震性能与可恢复性能,相比单段消能摇摆结构体系,可以进一步减小结构地震反应和摇摆结构抗震设计需求,该体系能应用于更高的建筑。     

一族无条件稳定的显式结构动力学算法

利用离散控制理论分析HHT-α算法,提出了一族具有可控数值阻尼的无条件稳定显式结构动力学算法—显式HHT-α法,用于线性和非线性结构动力学分析。新算法采用显式的位移、速度递推式。研究了所提算法的精度,稳定性,数值色散和能量耗散特性。研究表明该算法对于线弹型和刚度软化型非线性系统是无条件稳定的,算法数值阻尼由单个参数控制,对于特定的参数值,所提算法不会产生数值能量耗散。此外所提出的显式算法的数值色散和能量耗散特性与隐式HHT-α算法相同。数值算例验证了理论分析的正确性。     

风浪联合作用下海上风力涡轮机的碰撞阻尼减振控制

提出利用碰撞调谐质量阻尼器(Pounding Tuned Mass Damper,PTMD)控制近海单桩风力涡轮机塔身在风浪联合作用下的结构振动.为此,利用拉格朗日方程推导风浪联合作用下风机与PTMD 的耦合动力方程并据此分析了相关控制效果.具体而言,结构模型方面,以美国国家可再生能源实验室(NREL)的5 MW基准单...     

A real-time structural parameter modification (RSPM) approach for random vibration reduction: part I, principle

Earthquake-induced structural vibrations are stochastic in nature. Part I of this study presents a novel structural control methodology for earthquake vibration reductions. It summarizes the efforts of the authors toward the development of RSPM control between 1993 and 1996. The operating control principle is minimization of conservative energy. The control hierarchy is realized by low-power-consuming devices (functional switches) with multiple ranked loops. The control method is to adjust optimally the physical parameters (mass, damping and stiffness) of the structure in real time. This method is therefore described as real-time structural parameter modification (RSPM). It may be called variable passive control or parametric control. The basic thesis of RSPM is presented, together with a discussion of the minimal principle of conservative energy of a vibrating system and the RSPM control hierarchy which contains four ranked loops. Variable passive control is capable of handling the stochastic nature of earthquake ground motion and it does not have certain major drawbacks of conventional active control methods. Part II of this study will describe the experimental verifications of RSPM. It will be shown that RSPM can dissipate considerably more energy than existing passive energy dissipation devices. In addition, RSPM can reduce vibrations resulting from multi-directional excitations.     

粘滞流体阻尼墙对平面不规则结构的扭转效应控制研究

平面不规则结构由于平扭耦联会使边界处的位移较规则结构增大很多,而给结构配置阻尼器是减小平面不规则结构边界位移的有效途径,该文将耗能效率较高的粘滞流体阻尼墙应用于控制平面不规则结构的扭转响应,研究阻尼墙控制结构扭转效应的机理及控制结构扭转的优化布置。将减震系统刚度矩阵转换到结构的质量中心,将配置阻尼墙后形成阻尼中心的阻尼矩阵转换到质量中心,从而建立可以考虑扭转效应和附加阻尼位置效应的非线性运动控制方程,并根据响应结果推导出结构位移比的表达式;利用运动方程研究阻尼中心的位置、阻尼力的大小、阻尼参数等对结构扭转效应的影响规律,结合结构位移比的表达式提出阻尼墙的平面配置原则和最优阻尼参数的取值方法。以某L型高层建筑为工程背景,根据上述原则配置阻尼墙并选取阻尼参数,并对减震体系在最不利地震动输入方向上进行非线性时程分析,分析结果表明通过合理配置粘滞阻尼墙,L型结构的扭转响应得到了有效的控制,结构最大边界位移和位移比大大降低。该研究结果为采用阻尼墙控制不规则结构扭转效应提供了基本原则和方法,并为不规则结构的减震设计提供有益的借鉴和参考。     

A real-time structural parameter modification, approach for random vibration reduction: Part II. Experimental verification

Earthquake induced structural vibrations are stochastic in nature. In this paper, we present a novel structural control methodology for earthquake vibration reductions in two parts. Part I summarizes the efforts of the authors toward the development of real-time structural parameter modification (RSPM) control between 1993 and 1996. The operating control principle is minimization of conservative energy. The control hierarchy is realized by low-power-consuming devices (functional switches) with multiple ranked loops. The control method is to optimally adjust the physical parameters (mass, damping and stiffness) of the structure in real time. This method is therefore described as RSPM. It may be called variable passive control or parametric control. In Part I of this paper, the basic thesis of RSPM is presented, together with a discussion of the minimal principle of conservative energy of a vibrating system and the RSPM control hierarchy which contains four ranked loops. Variable passive control is capable of handling the stochastic nature of earthquake ground motion and it does not have certain major drawbacks of conventional active control methods. Part II of this paper describes experimental verifications of RSPM. It will be shown that RSPM can dissipate considerably more energy than existing passive energy dissipation devices. In addition, RSPM can reduce vibrations resulting from multidirectional excitations.     

Energy dissipation rate analysis of a low upper shelf data set

Stable and unstable tearing in metals is currently analysed by J integral theory. Test and analysis methods are fully standardised and the validity of the approach has been demonstrated by reference to laboratory and type testing. A central requirement of the J method is that the J_R curve remain invariant as size increases (specimen dimension to structure). A set of data from the literature which show the slope of the J_R curve decreasing with increasing specimen size are presented. This represents an unsafe trend in terms of predicting structural behaviour from small specimens tests. The observed behaviour is explained successfully with energy dissipation rate theory. At the same time energy dissipation rate theory can also explain the more normally observed behaviour of size invariant J_R curves. It is concluded that stable and unstable tearing in metals is best described by the energy dissipation rate approach.     

有限质点法阻尼构造问题的研究

有限质点法（FPM）是一种向量式的结构计算新方法,它通过质点的运动描述结构的行为。该方法本身是一个求解结构动力学问题的显示积分方法,但是一直以来有限质点法对阻尼问题的考虑存在不足。该文首先将介绍有限质点法的基本原理和现有阻尼形式,然后将基于Rayleigh方法提出两种适用于有限质点法的阻尼构造方法。通过单层网壳多点激励下的动力数值分析以及框架振动台试验两个实例进行讨论,验证了提出的阻尼构造方法的正确性。结果表明该文工作能改善原有阻尼构造形式的不足,且具有较高的精度,并能完善有限质点法的动力计算理论。     

建筑结构基于能量抗震设计方法研究

该文系统总结了建筑结构基于能量抗震设计方法的相关研究成果, 指出结构损伤耗能机制控制是确定结构累积耗能分布和实现基于能量抗震设计的关键. 分别针对钢支撑框架结构、RC框架结构和RC框-剪结构的合理耗能机制控制进行了研究. 在此基础上, 建立了基于能量抗震设计方法的实施框架, 并分别针对钢支撑框架结构、RC框架结构和RC框-剪结构给出了具体的基于能量抗震设计方法.