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。     

考虑土-结相互作用的黏滞阻尼器减震结构振动台试验研究

通过对黏滞阻尼器消能减震钢框架结构模型在刚性地基和群桩地基条件下进行对比振动台试验,研究土-结动力相互作用(SSI)对阻尼器减震效果的影响。根据量纲分析法确定了试验模型与原型的相似关系。采用粉质黏土作为试验用土,采用叠层剪切型土箱以减轻边界的影响。上部结构为5层钢框架,消能元件为黏滞阻尼器。通过振动台试验获取了不同地震输入下减震结构及非减震结构在不同基础条件下的动力特性、楼层加速度及位移的地震反应数据。对于桩基础模型,测量了桩身应变及桩土接触面的压力值。试验结果表明:对于非减震结构,SSI效应使结构体系的阻尼比有较大的提高,而对于减震结构,SSI效应对结构体系的阻尼比影响则不大;SSI效应对结构楼层加速度反应具有显著的影响,其对上部结构地震反应的主要影响体现为减震效应,且随着地震输入量级的增大,减震效应愈大,群桩基础上阻尼器的减震效率与刚性地基相比具有较大程度的下降;对于桩基础结构,阻尼器在降低上部结构反应的同时,减小了桩基础的地震反应,上部结构和基础两个方面的安全性都得到了提高。     

黏弹性叠层复合材料阻尼器性能试验研究

黏弹性阻尼器是一种被动减震(振)控制装置,它主要依靠黏弹性阻尼材料的滞回耗能特性,给结构提供附加刚度和阻尼,以减小结构的震(振)动反应。在减震结构设计中,一定范围内提高黏弹性阻尼器的存储刚度,能够有效的降低结构的震(振)动位移,提升黏弹性阻尼器的减震性能;通过在既有黏弹性阻尼材料中增加芳纶网眼织物,设计并制作了五类黏弹性叠层复合材料阻尼器,在相同环境温度下,对其进行变形相关性、加载频率相关性以及疲劳性能试验,以最大剪应力、存储剪切模量、损耗剪切模量和等效黏滞阻尼比作为性能指标,研究黏弹性叠层复合材料阻尼器的力学性能及其规律。研究结果表明:在不改变黏弹性阻尼材料基体的基础上,增加芳纶网眼骨架材料,能够有效的提高黏弹性阻尼器的存储刚度;剪切变形、疲劳加载对黏弹性叠层复合材料阻尼器力学性能指标影响明显;加载频率对该类黏弹性阻尼器的力学指标影响较小。     

黏弹性阻尼器减震结构基于位移减震域的设计方法

对高烈度区设置黏弹性阻尼器的减震结构进行了地震作用下的非线性动力时程分析,提出了减震结构位移减震域的概念,并定义层间位移减震比来评价减震结构的减震效应。建立了不同高度质点系模型并完成了结构动力响应分析,研究了阻尼器参数及设置位置对结构层间位移减震效果的影响域。通过对层间位移减震比进行曲线拟合,提出了减震域的预测计算公式,并以实际工程案例对拟合函数进行了验证。研究表明黏弹性阻尼器对结构设置层以上的减震效果较设置层以下的减震效果明显,且黏弹性阻尼器参数及不同设置层的减震比具有线性叠加的特点。减震结构在减震目标确定后,可采用文中减震比拟合公式对阻尼器设置效果进行快速评价。     

球形储罐罐底附加黏弹性阻尼器减震研究

为了研究球形储罐罐底附加黏弹性阻尼器后的减震效果,推导了球形储罐考虑储液晃动效应的抗震简化力学模型、罐底附加黏弹性阻尼器的初始简化力学模型及二次简化力学模型,并进行了地震动响应分析,得出采用减震措施后能大幅削减球罐支承的受力,对储液晃动波高亦有一定控制作用;同时有限元数值仿真结果表明,在罐底附加黏弹性阻尼器后能有效减小球罐地震动响应;将有限元计算结果与数值解进行对比分析,数值解与有限元解十分接近,相互验证了计算结果的准确性。当采用简化力学模型进行减震设计时,初始简化模型及二次简化模型计算结果应适当放大,从结构安全性考虑放大系数可取1.1~1.2。     

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。     

框架结构线性黏滞阻尼器双目标同步优化布置研究

在结构减震设计中,寻找最佳的阻尼器布置方案使减震效果最大化是一个至关重要的问题。用状态空间法描述在地震作用下布置线性黏滞阻尼器的减震系统,求解结构动力响应。采用基因属性保留遗传算法对减震系统进行编码,引入并列选择法对两个性能目标进行处理,可以实现阻尼器的双目标同步优化布置。将本文与已有研究成果的多层及高层框架阻尼器优化布置方案进行对比,双目标同步优化方法在改进原结构响应目标（如层间位移）减震效果的同时,还可以改善其他种类结构响应（如楼层加速度）的减震效果,使得减震结构具有更加优越的综合结构性能。双目标同步优化方法可以高效处理双目标的阻尼器同步优化问题。     

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。     

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。     

混合控制消能减震伸臂桁架上海中心抗震性能研究

在超高层建筑结构体系中,相对于传统伸臂桁架,新型消能减震伸臂桁架能显著提高结构的抗震性能,但同时也存在一些不可避免的问题。屈曲约束支撑伸臂桁架在小震下仅提供刚度不耗能,在中震下屈服耗能有限;黏滞阻尼伸臂桁架因黏滞阻尼器自身最大阻尼力限制,在中震和大震下对结构侧移控制效果不佳。混合控制消能减震伸臂桁架结构综合利用多种消能构件,同时为结构提供足够刚度和附加阻尼,具有更为全面的抗震性能。本文以上海中心为研究背景,研究了混合控制消能减震伸臂桁架结构在各烈度地震作用下的消能减震效果,同时探讨了黏滞阻尼伸臂桁架与屈曲约束支撑伸臂桁架相对数量变化对结构抗震性能产生的影响。将为消能减震伸臂桁架超高层结构体系的进一步研究和应用提供借鉴。     

考虑楼层刚度的新型消能伸臂结构动力特性研究

新型消能伸臂结构将伸臂与外框架柱节点断开并垂直连接黏滞阻尼器后利用两者之间的相对变形能获得较大能量耗散，已应用于越来越多的超高层建筑中。基于考虑普通楼层刚度提出新型消能伸臂结构简化等效模型并与ETABS计算结果进行对比，在此基础上分析楼层刚度、楼层数量及楼层梁跨度比等对整体结构主振型阻尼比、频率、最优阻尼系数等影响规律。结果表明：简化等效模型与ETABS计算结果吻合较好，附加阻尼比最大误差为13%;考虑楼层刚度后消能伸臂结构主振型附加阻尼比减小、频率增大；随着楼层梁刚度减小，附加阻尼比增大，最优阻尼比伸臂位置上移，最优阻尼系数增大；利用能量法提出的等效公式能反映楼层刚度对消能伸臂结构的动力特性影响并能简化分析过程，为新型消能伸臂结构的进一步工程应用提供了理论依据。     

黏滞阻尼减震框架结构基于预设阻尼分布模式的简化设计方法

提出了一种适用于黏滞阻尼减震框架结构基于性能需求和概念优化的设计方法以简化此类减震结构的阻尼参数设计过程。为使得阻尼器能够更有效发挥其耗能作用,从概念角度假定阻尼参数沿楼层的分布与结构层间位移角成正相关的关系,并给出了阻尼参数的分布表达式。在此预设阻尼分布模式下,推导了多层减震结构等效附加阻尼比与各层附加阻尼参数的关系。结合基于性能的设计理念,提出以减震比作为减震设计目标,减震结构的需求附加阻尼比可根据减震比和抗震设计反应谱的阻尼衰减关系来确定,结合预设阻尼参数分布表达式即可快速计算出各层的需求阻尼参数。给出了所提出方法的具体实施流程,并对一个框架结构进行了增设黏滞阻尼器的减震设计和抗震性能验算,设计实例表明该方法具有设计目标明确、计算过程简单、参数配置合理等特点。     

基于混合消能减震技术非对称双塔连体结构抗震性能研究

以某非对称双塔连体超高层结构为研究对象,选取与建筑所在场地相匹配的地震波作为激励,通过对结构进行非线性动力时程分析,研究混合消能减震连体结构在各烈度地震作用下的消能减震效果,探讨了屈曲约束支撑(buckling-restrained brace, BRB)与黏滞阻尼悬臂桁架的位置变化对结构抗震性能的影响,同时对结构进行了全面的抗震性能评估。研究结果表明：在连体结构中、上部的加强层中布设阻尼器时,结构具有更佳的减震效果;在不同水准地震作用下,BRB与黏滞阻尼悬臂桁架耗能阶段不同且具有不同的耗能效率,混合消能减震技术可以综合不同类型阻尼器的优势作用,使连体结构具有更全面的抗震性能。在控制变形方面,其能够降低连体结构的扭转效应和层间位移角;在构件耗能方面,其减轻了主体构件进入塑性的程度,降低了结构主要受力构件的应力水平。将为混合消能减震技术在连体超高层结构中的进一步研究和应用提供借鉴。     

附加黏滞阻尼器减震结构实用设计方法研究

黏滞阻尼器近年来在结构减震控制中得到广泛应用,但面向黏滞阻尼减震结构的设计方法仍有待补充和完善。基于此,探讨和提出了一种针对附加黏滞阻尼器减震结构的实用设计方法,主要内容包括分析了黏滞阻尼减震的基本原理和力学模型,从主体结构与附加消能部件分开设计的思路着手给出了具体的设计流程和内容框架,列出了消能部件方案设计及性能参数配置的计算公式。最后,结合一个工程实例,引入日本JSSI Manual中黏滞阻尼减震结构设计方法进行了对比分析和论证,结果表明该实用减震设计方法对于结构各楼层地震响应控制得比较均匀,如此有助于改善结构薄弱层状况,而通过减震结构的强度、变形验算也表明该实用方法能很好地契合现有抗震设计规范,可应用于黏滞阻尼减震结构设计中,以满足不同地震风险下的减震控制目标和需求。     

带黏弹性阻尼器结构振动台试验数值模拟

该文利用Open Sees对一座三层带黏弹性阻尼器钢框架结构进行振动台试验的数值模拟,以此验证黏弹性阻尼器力学模型及分析方法的正确性。首先介绍了振动台试验,总结了黏弹性阻尼器耗能特征及减震效果;然后利用Bouc-Wen模型模拟黏弹性阻尼器的力学性能,在Open Sees中进行非线性动力时程分析模拟振动台试验;最后将数值模拟结果和试验结果进行对比分析。结果表明,模拟结果和试验结果在结构动力特征和结构响应上均吻合良好,因此验证了黏弹性阻尼器力学模型及分析方法的正确性。     

新型旋转放大式黏弹性阻尼器性能试验研究

该文提出了一种新型旋转放大式黏弹性阻尼器,该阻尼器利用杠杆原理将梁柱节点处相对较小的转角变形成倍放大.通过放大转角变形,充分发挥阻尼器的耗能能力,可实现更理想的减震控制效果.介绍了阻尼器的基本构造及工作原理,并加工制作了实物模型;进而对其进行频率相关性、变形相关性以及疲劳性能加载试验,探究其最大阻尼力、等效剪切刚度、每...     

负刚度摩擦阻尼装置的开发及应用研究

消能减震技术通常需要在多个楼层布置减震装置才能有效降低结构的地震响应,占用了较多的结构空间。针对此种问题提出在底部楼层布置负刚度阻尼装置的减震方案,形成力学上的隔震层,用减震实现类似隔震的效果,以减少阻尼器的布置数量。为实现该减震方案,研发了一种基于氮气弹簧的负刚度摩擦阻尼装置,该装置具有行程大,力学性能稳定等优点。性能试验验证了负刚度摩擦阻尼装置可以实现具有负刚度特征的滞回模型,对负刚度摩擦阻尼装置布置于底部楼层的减震方案进行了模拟分析,结果表明仅在底层布置负刚度阻尼装置可以获得理想的减震效果。     

形状记忆合金阻尼器消能减震体系的控制研究

利用奥氏体SMA丝的超弹性和阻尼特性,设计了一种新型的SMA阻尼器,试验研究了该阻尼器在循环荷载作用下的力学性能,建立了基于塑性理论的一维理论模型,并对其力学性能进行了数值模拟.采用能量平衡方法对SMA阻尼器消能减震体系的参数进行了优化,给出了消能部件参数建议取值范围.最后以一幢十层剪切型钢框架结构为算例,分析了SMA阻尼器的减震效果.结果表明:该阻尼器具有良好的滞回耗能能力,能很好地控制结构的位移反应,适用于工程结构的抗震设计和加固.     

O型钢板-高阻尼黏弹性复合型消能器的力学性能试验与分析

提出了一种由O型钢板金属阻尼器与高阻尼黏弹性阻尼器并联而成的复合型消能器,阐述了其构造形式和工作机理,对其进行了低周反复加载试验。研究结果表明:复合型消能器具有较强的变形能力和饱满的滞回曲线;其力学性能稳定,受加载频率影响较小;该消能器兼具位移型阻尼器与速度型阻尼器的优点,小变形时,黏弹性阻尼器发挥主要的耗能作用,O型钢板金属阻尼器提供一定的附加刚度,大变形时,二者共同耗能;相比单一类型的消能器,该复合型消能器提高了阻尼力和抗震安全储备;采用Bouc-Wen模型建立了该消能器的力学模型,计算结果与试验结果吻合较好。     

基于ABAQUS的凸轮式响应放大黏滞阻尼器消能体系抗震性能分析EI北大核心CSCD

针对所提出的凸轮式响应放大黏滞阻尼器(cam response amplification viscous damper,CRAD-VD),基于ABAQUS软件开发CRAD-VD耗能单元,编制相应消能体系非线性有限元分析的显式求解程序;将单自由度减震体系的ABAQUS计算结果与MATLAB程序分析结果进行对比,验证所开发CRAD-VD耗能单元及求解程序的准确性;进而开展装配式消能体系三维非线性模型的抗震性能分析。结果表明:开发的CRAD-VD耗能单元及求解程序可准确计算三维结构模型;三维结构体系串联小吨位黏滞阻尼器就可以得到直接安装大吨位阻尼器相似或更好的响应控制效果,有效降低装配式框架梁柱的损伤程度,体现出CRAD的响应放大效应;串联阻尼器的位移幅值始终等于预设偏心距,可避免阻尼器在极罕遇地震下位移超限而失效的问题。