钢框架结构软钢阻尼器振动控制的试验及理论研究

本文通过试验研究和理论分析探讨极低屈服点软钢阻尼器的减震效果。对建造在野外的三层钢框架结构输入该结构在历年地震观测中采集到的地震波记录进行了拟动力试验。本次拟动力试验选用了4条地震波记录,各分为有阻尼器和无阻尼器的两种情况共计进行了8次试验。试验结果表明软钢阻尼器具有明显的减震效果。并采用能够同时考虑应变硬化和刚度退化现象的SkeletonShift模型模拟阻尼器的恢复力特性,对该结构进行了弹塑性地震反应分析。地震观测、拟动力试验以及计算机分析结果所表现出的各地震反应具有较好的一致性,说明拟动力试验技术应用于模拟结构的地震反应,可得到令人满意的结果。     

子结构法拟动力试验技术研究

子结构法拟动力试验与传统意义上的全结构法拟动力试验相比具有操作灵活、试验成本低廉的优点。本文在阐述子结构法拟动力试验的原理及特点的基础上,结合典型的试验实例论述了分离式子结构法拟动力试验和整体式子结构法拟动力试验的实施方法及试验结果。对安装软钢阻尼器的单层单跨钢框架结构,以阻尼装置作为试验子结构实施了分离式子结构法拟动力试验,为软钢阻尼器的恢复力模型确定了合理的参数;对某一地震观测用的三层钢框架结构输入该结构在历年地震观测中采集到的地震波记录实施了整体式子结构法拟动力试验,其试验结果与地震反应观测结果吻合得较好。本文研究表明,进行子结构法拟动力试验时试验子结构的合理选取是试验成功的关键,文中所述的试验方案可为工程结构的子结构法拟动力试验提供参考依据。     

附加金属阻尼器对钢框架结构减震性能研究

利用自编时程分析程序,研究10层钢框架结构在EL-Centro地震波作用下,附加金属阻尼器前后的地震响应,考查多遇地震和罕遇地震作用下阻尼器消能减震效果和附加金属阻尼器前后地震动输入给结构的能量大小.     

结构在多维多点地震输入下的拟动力实验方法

将拟动力实验方法和子结构技术应用于多维多点地震输入下的结构响应研究,解决了结构在多维多点地震输入下的实验问题,为结构在多维多点地震输入下的研究提供了新的方法,也拓广了拟动力实验方法的应用范围。针对框架结构在两点地震波输入的情形,文中给出了相应的拟动力实验数值积分方法,并对所提出的方法进行了实验验证。     

钢连梁阻尼器在框筒结构中的应用研究

结合工程实例,介绍了钢连梁阻尼器在框架核心筒结构中的设计思路,并建立了Perform 3D模型,对使用钢连梁阻尼器的结构进行了动力弹塑性时程分析,结果表明,钢连梁阻尼器能充分耗散地震能量,为结构提供附加阻尼比,减轻结构的地震反应。     

防屈曲钢支撑阻尼器的试验研究

对7个一字形内芯外包钢管的防屈曲钢支撑阻尼器进行静力往复试验和子结构拟动力试验研究。在静力往复试验中根据试件的破坏特征不断完善其构造措施以确定其合理构造,并研究合理构造的防屈曲钢支撑阻尼器的滞回性能。静力往复试验结果表明这类防屈曲钢支撑阻尼器具有很好的滞回特性和耗能性能。为研究装有防屈曲钢支撑阻尼器的框架在地震作用下的动力反应,对一个单自由度框架结构进行子结构拟动力试验。子结构拟动力试验表明地震作用下钢支撑阻尼器结构的抗震能力得到了很大的提高,有效地降低结构的最大位移。用ANSYS软件计算得到的和试验得到的钢支撑阻尼器结构的地震反应吻合得很好,说明ANSYS计算时所用的阻尼器恢复力模型及参数的确定是合理的。     

自复位单向摩擦阻尼器梁桥数值#br# 模拟及混合试验

传统梁桥在地震作用下,支座容易产生较大的残余变形。针对这一问题提出将传统梁桥支座替换为聚四氟乙烯滑板支座,并在主梁和盖梁之间安装自复位单向摩擦阻尼器,形成自复位单向摩擦阻尼器梁桥。首先,将有预加力的自复位单向摩擦阻尼器等效为一个无预加力的阻尼器单元和一个无耗能能力的双线性弹簧单元组成的并联体系,采用OpenSees模拟其本构关系。进一步,以一4跨自复位单向摩擦阻尼器连续梁桥为对象,对其进行地震动记录输入下的动力分析,同时,将桥梁1#墩的阻尼器和支座作为试验子结构,其他部分作为数值子结构进行混合试验,考察地震作用下的桥梁位移和内力响应。数值分析和混合试验的结果对比表明：文章对阻尼器的等效处理是合理的且自复位单向摩擦阻尼器梁桥具有良好的隔震和自复位能力。     

附加位移和速度相关型阻尼器的相邻结构减震性能研究

选用两相邻单自由度体系(2-sdof)作为算例模型进行连接阻尼器的参数优化设计研究,以结构的位移响应传递率为性能指标,推导同时连接金属阻尼器和粘滞阻尼器时结构的位移响应,并基于定点理论得出对应于不同金属阻尼量的最适粘滞阻尼参数公式。根据振动微分方程自编程序,选取两条不同的地震波对结构算例模型进行弹塑性时程分析,依据位移、加速度响应和能量的分布对单质点体系减震性能进行了分析。结果表明:在两相邻结构之间附加按照理论公式得出的阻尼量,能够充分发挥出金属阻尼器和粘滞阻尼器的双重性质,从而使得结构的地震响应得到大幅度地降低。     

中国妇女活动中心酒店采用软钢和粘滞阻尼器减震控制分析

针对北京中国妇女活动中心酒店这一高烈度区特别不规则结构,研究了高层不规则结构减震理论,提出了采用软钢阻尼器和粘滞阻尼器两种消能减震装置,对该结构在无控和有控制后在地震作用下的动力响应和控制效果进行研究。文中,通过建立结构的力学模型,首先分析了结构的动力特性;然后,分别从能量、变形和力三个方面对比了无控结构及安装了软钢阻尼器和粘滞阻尼器的结构在多遇地震以及罕遇地震作用下的动力响应。结果表明:在较宽的地震波频带内,两种阻尼器对于控制这一不规则结构的扭转效应,提高该结构的整体抗震性能均有较好的减震效果。相对粘滞流体阻尼器而言,软钢阻尼器控制结构水平加速度效果较好;而粘滞流体阻尼器在控制结构水平位移性能稍好。     

中间柱型阻尼器装配式自复位钢框架数值模拟

装配式自复位钢框架具有震后结构自动复位、结构残余变形及损伤较小、可以恢复结构正常使用功能等优势。但是当装配式自复位钢框架跨度较大时,常因刚度不足导致其层间位移角不能满足抗震设计规范限值要求。为此,提出了中间柱型阻尼器装配式自复位钢框架,在拟动力试验研究基础上,通过有限元软件ABAQUS进行数值模拟,并与试验结果进行对比分析;在数值模拟校验的基础上,通过有限元分析研究了施加竖向活荷载对中间柱型阻尼器工作机制的影响。研究结果表明：数值模拟与子结构拟动力试验结果在结构位移峰值、滞回性能、索力变化等方面吻合较好,数值模拟方法可靠;中间柱型阻尼器可提高框架结构的抗侧刚度,有效控制结构层间位移角,同时提高结构耗能能力,延缓主体结构塑性发展进而保护主体结构,减小结构残余变形并控制损伤;中间柱型阻尼器装配式自复位钢框架具有良好的自复位能力,竖向活荷载对中间柱型阻尼器滞回性能及耗能能力影响不大。     

砖混结构足尺模型的子结构拟动力试验

文章针对一个经过抗震设计的砖混结构,制作了一个单层单开间的足尺模型,应用子结构拟动力试验技术模拟一个单层十个开间的砖混结构在地震作用下的反应,研究该结构在地震作用下的位移反应、破坏过程与形态,并给出结构的位移时程曲线和滞回性能曲线。试验结果表明,经过抗震设计的砖混结构具有非常强的抗震性能,可以抵抗地震动峰值加速度为1600gal的地震作用,远远超过"大震不倒"的设防目标,可以为提高村镇房屋抗震能力提供参考。     

Experimental and numerical study on vibration control effects of a compound mass damper

A compound mass damper (CMD) was put forwarded based on the joint vibration control effects of tuned liquid damper and colliding particles. A series of shaking table tests were designed in order to investigate the dynamic response of a single degree of freedom bent frame structure with or without the damper (CMD, tuned mass damper, and tuned liquid damper) under three different kinds of earthquake waves. It is shown that the vibration reduction performance of CMD is generally better than the traditional dampers no matter from peak response attenuation rate or root mean square response attenuation rate. The vibration reduction effect of traditional dampers is susceptible to the characteristics of earthquake waves, whereas CMD is effective in a broader frequency bands. Also, the vibration reduction effect of CMD is not sensitive to the amplitude of earthquake waves, which means the system has good robustness. In addition, CMD has the advantage of fast start‐up. The numerical simulation results of the CMD are obtained through certain simplifications, and are in good agreement with the experimental results, which further verifies the damping effect of the proposed damper and provides a simplified method for its engineering design.     

Study of a new type of replaceable coupling beam in reinforced concrete shear wall structures

It has been found from the past earthquakes that the reinforced concrete coupling beams in tall buildings easily suffer severe damage, which are very difficult to be repaired. To solve this problem, a new type of replaceable coupling beam with a combined damper installed in the middle was proposed in this study. The combined damper consists of an I‐shaped steel beam with multiple low‐yield‐point steel webs paralleled to each other and multiple layers of viscoelastic material bonded between multiple steel plates. The design method of the new replaceable coupling beam was introduced first. Cyclic loading tests on the combined damper were conducted to examine its mechanical behavior. To verify the effectiveness of the new replaceable coupling beam in resisting wind and seismic excitations, two high‐rise building structures, one with traditional coupling beams and the other with the proposed replaceable coupling beams, were designed, and the responses of two structures under the wind and the earthquake were compared with the aid of software Perform‐3D. Compared with the structure with traditional coupling beams, both of the seismic performance and the wind resistance capability of the structure with the proposed replaceable coupling beams are improved significantly.     

采用颗粒调谐质量阻尼器的钢框架结构振动台试验研究

通过附加和不附加颗粒调谐质量阻尼器的5层钢框架振动台试验,研究其在实际地震波以及上海人工波激励下的减震效果。通过调整不同悬挂长度（频率比）、质量比、颗粒到阻尼器壁净距等参数,分析阻尼器参数对其减震效果的影响。试验结果表明：不同地震作用下该类阻尼器均能达到较好的减震效果,其中上海人工波的减震效果最好;对于多层钢框架结构,阻尼器能够有效控制第1振型的振动,但是对于高阶振型的控制作用无法保证;当阻尼器频率与主体结构基频相同时,能够达到最优减震效果,而当二者频率不同时,依然有一定的减震效果,说明其具有一定的鲁棒性;在合适的质量比（0.66%）下,阻尼器能够达到最佳减震效果;当颗粒到容器内壁净距为1.6D~3.6D时,可使阻尼器响应最小,且减震效果较好。     

黏滞阻尼器控制偏心结构扭转耦联振动效果分析

为了有效控制地震作用下偏心结构扭转耦联振动所引起的灾变问题,在理论分析和数值计算的基础上,建立了地震作用下偏心结构的扭转耦联运动方程,通过研究黏滞阻尼器对偏心结构扭转耦联振动的控制效果,对比分析4种黏滞阻尼器常用布置方案下偏心结构的地震响应,量化了黏滞阻尼器和钢支撑共同保护作用下对偏心结构减震效果的影响。研究结果表明:设置有黏滞阻尼器的偏心结构,在双向地震作用下偏心结构最大层位移和层间位移角均得到有效的控制;在多遇地震作用下黏滞阻尼器人字型布置方式对控制偏心结构扭转效果明显,罕遇地震作用下不同布置方式的控制效果相差不大,其结果可为地震作用下类似的偏心结构扭转效应的振动控制提供借鉴参考。     

采用铅黏弹性连梁阻尼器的框架-核心筒结构减震分析

针对高烈度区某高层框架-核心筒结构弹性层间位移角不满足规范要求,采用铅黏弹性连梁阻尼器进行消能减震设计。分别通过ETABS和PERFORM-3D软件对原结构和减震结构进行多遇地震下的弹性时程分析和罕遇地震下的弹塑性时程分析,对比结构减震前后的地震响应并分析阻尼器的耗能表现。结果表明,铅黏弹性连梁阻尼器用于框架-核心筒结构中可有效提高整体结构的抗震性能,并能减缓或避免主体结构构件的塑性破坏,发挥连梁第一道防线的作用,保护主体结构的安全。     

复合式金属型阻尼器的试验研究及数值仿真分析

铅挤压型阻尼器初始刚度大,屈服强度高,耗能能力好,被广泛应用于结构减震控制中。然而由于研究者对铅金属力学性质的研究及模拟不足,常常导致数值模拟结果与试验结果存在不同程度的差异。对一种新型的铅-挤压型阻尼器(LED)——复合式金属型阻尼器(MAB)进行试验研究,采用DEFORM-3D软件对该型阻尼器进行较为系统地数值仿真分析。通过对比分析试验结果与数值仿真结果可知:复合式金属型阻尼器具有优良的耗能能力,且在大位移下具备良好的结构限位能力,挤压区域尺寸、轴突高度、轴突与阻尼器腔体间的间隙等参数显著影响其耗能能力;有限元仿真过程中,铅金属的力学模型的选择对仿真结果有显著影响,DEFORM-3D在金属耗能器仿真模拟中的应用效果良好。