多级性态隔震体系试验研究和结构动力响应分析

铅芯橡胶支座力学性能受竖向压应力和水平剪应变影响较大,且在极罕遇地震下传统隔震结构易发生位移过大而引发隔震沟碰撞风险。该文提出一种新型高性能多级性态隔震支座,可在单个支座中兼顾竖向高承载特性和稳定的水平滞回特性,所提出支座具有与结构多水准抗震性能相匹配的多级刚度特性。制作多级性态原型支座并进行力学性能试验,得到多级性态支座不同工况下的水平滞回性能,基于试验结果提出了多级性态支座的力学滞回模型。对某高层框架剪力墙结构进行多级性态隔震设计并与原设计铅芯橡胶支座（lead rubber bearing,LRB）隔震方案对比分析,结果表明多级性态隔震系统具有理想的水平隔震效果,且可有效控制支座的竖向拉应力,在极罕遇地震下有效控制隔震层水平位移,实现隔震结构具有多级的抗震性能。     

建筑隔震结构研究进展与分析

基础隔震技术在减震控制效果、防灾减灾以及社会经济效益等方面具有显著优势, 近几十年在建筑结构与桥梁工程领域中取得了成功应用。该文全面综述了国内外学者针对建筑基础隔震技术方面取得的研究成果以及工程应用研究现状, 总结了目前建筑基础隔震技术研究方面存在的不足, 为建筑基础隔震技术进一步的研究工作的制定提供参考, 同时通过对隔震技术在高层建筑领域中取得的进展及存在问题的阐述, 讨论了我国高层建筑结构隔震技术研究的下一步发展方向, 对隔震技术在我国高层建筑结构领域中的应用起到一定的促进作用。     

多级性态隔震体系试验研究和结构动力响应分析EI北大核心CSCD

铅芯橡胶支座力学性能受竖向压应力和水平剪应变影响较大,且在极罕遇地震下传统隔震结构易发生位移过大而引发隔震沟碰撞风险。该文提出一种新型高性能多级性态隔震支座,可在单个支座中兼顾竖向高承载特性和稳定的水平滞回特性,所提出支座具有与结构多水准抗震性能相匹配的多级刚度特性。制作多级性态原型支座并进行力学性能试验,得到多级性态支座不同工况下的水平滞回性能,基于试验结果提出了多级性态支座的力学滞回模型。对某高层框架剪力墙结构进行多级性态隔震设计并与原设计铅芯橡胶支座(lead rubber bearing,LRB)隔震方案对比分析,结果表明多级性态隔震系统具有理想的水平隔震效果,且可有效控制支座的竖向拉应力,在极罕遇地震下有效控制隔震层水平位移,实现隔震结构具有多级的抗震性能。     

基于SMA复合橡胶支座的建筑结构自适应隔震

提出一种应用形状记忆合金拉索耗能器复合普通橡胶支座(简称SMA复合橡胶支座)的新型建筑结构自适应隔震体系,给出了该隔震支座的详细构造和工作机理,研究了SMA复合橡胶座的智能性,分析了基础隔震结构计算模型.验证了形状记忆合金在建筑结构自适应隔震方面的有效性与适用性.     

磁流变阻尼器抗爆隔震性能的数值模拟

磁流变阻尼器隔震系统具有隔震效率高、能耗低、可控性好等优点,但针对抗爆结构隔震的研究还很少。本文针对抗爆结构的隔震特点,提出了阶跃电流控制方法,采用改进的Bouc-Wen模型和Matlab Simulink模拟软件,对磁流变阻尼器的抗爆隔震性能进行了模拟分析。结果表明,磁流变阻尼器可以有效改善抗爆结构的位移、加速度和VDV值的响应,与模糊控制方法相比,阶跃电流控制方法更适合于抗爆结构的隔震控制。     

建筑结构的隔震、减振和振动控制

建筑结构隔震技术通过在建筑结构底部或中间楼层设置隔震装置,延长结构的自振周期,并提供适当的阻尼使得结构的响应大幅度减小,能够更有效地保护房屋结构以及室内设备的安全,可显著提升建筑震后功能可恢复能力。目前建筑结构隔震技术已经有较为成熟的技术产品和工程应用,已广泛应用于住宅、医院、学校、博物馆和图书馆等建筑中。随着《建设工程抗震管理条例》的颁布,预期隔震技术将有更广阔的应用场景。隔震建筑也将逐步从低层、简单建筑结构向高层、复杂建筑结构的方向发展。目前常用的隔震装置存在着抗拉能力不足、对竖向地震或竖向环境振动减振效果不足、控制频宽窄、适应性不足以及使用状态及损伤状态难以监测等问题。为此,众多学者针对以上问题进行了深入研究,开发了抗拉隔震支座、三维隔震(振)支座、半主动隔震支座和隔震支座的健康监测系统,为扩展隔震技术的应用范围提供了解决方法。目前,相关研究偏重于新型隔震装置的性能研究,未来应全面考虑新型隔震装置对于建筑的影响,提出配套的设计方法,并进行示范性工程应用,加快隔震技术的推广。

     

隔震结构损伤性能与可靠度研究

提出隔震结构的地震损伤模型,并采用概率密度演化理论分析隔震结构地震损伤指数的概率统计特征,为隔震结构性态目标的量化提供依据。考虑隔震支座的压剪相关性和拉压性能的差异,给出隔震层的损伤指数模型,再利用Park-Ang损伤指数描述上部结构的损伤状况,建立隔震体系的损伤指数模型;将隔震结构简化为双质点模型,采用Bouc-Wen模型和刚度退化的Bouc-Wen模型分别描述隔震层与上部楼层的滞变特性,建立隔震结构的状态方程,应用四阶龙格-库塔方法迭代求解求解出隔震结构的位移反应和滞变耗能,进而求解隔震结构的损伤指数;建立隔震结构损伤指数的概率密度演化方程,求解损伤指数的统计特征和概率密度函数,然后根据极值分布理论计算损伤指数超过不同性能水准的可靠度。本研究为以可靠度为理论基础的隔震结构损伤分析提供了可借鉴的方法。     

三维远场长周期地震下层间隔震结构减震性能分析

实际地震具有多维特性,只在水平方向考虑往往不够真实全面,而且远场长周期地震不同于普通地震,具有周期长,持时长、低频成分丰富等特征,对周期较大的隔震类等结构会产生不利影响,需深入探讨。选取6条远场长周期地震和3条普通地震作为地震输入,对大底盘层间隔震结构模型,进行罕遇地震下的动力弹塑性分析。针对结构出现的层间位移角与隔震支座位移超限问题,设置三维隔震支座,并与设置传统水平隔震支座结构进行地震响应分析对比。结果表明：三维远场长周期地震下,大底盘层间隔震结构地震响应显著增大,层间隔震结构减震性能变差;三维远场长周期地震下,采用传统水平隔震支座时,结构层间位移角与隔震支座位移出现超限问题;采用三维隔震支座后,可解决超限问题,结构的层间位移角、层间剪力均明显减少,且对竖向地震力也具有良好减震效果。     

建筑隔震橡胶柔性管道抗震性能试验研究

橡胶柔性管道在隔震建筑中逐渐得到应用,其震后能否正常工作会直接影响建筑的使用功能。该文选取竖向安装的橡胶柔性管道作为研究对象,变形位移需求为400 mm,考虑2种公称内径和4种管道设计长度影响,进行了抗震性能试验,对比分析了该类管道的地震损伤演化模式、变形和承载能力特征。试验结果表明：设计长度较小的管道均无法满足预期变形目标,经历管道绷直以及单侧断裂破坏两个关键状态,震后必须更换;对于设计长度符合规范建议的管道,则可以满足变形需求;回归分析获得了管道公称内径和设计长度与其水平变形能力之间的量化关系;管道设计长度相同时,管道公称内径与其破坏时的水平极限荷载呈正相关关系,但大公称内径和小公称内径管道的极限水平荷载之比小于公称内径比。     

采用不同隔震形式的双层地铁地下车站结构地震反应分析

针对地铁地下车站结构中柱、中板等抗震薄弱构件,分别研究了车站结构在传统完全约束结构形式下,在上下层中柱顶部设置弹性滑移支座时,以及本文提出的在中板边缘及底层中柱设置隔震支座时的地震反应特性,建立了土-地下结构非线性静动力耦合相互作用的二维有限元分析模型,对比分析了采用不同隔震形式对车站主体结构静动力反应特性的影响规律。结果表明：与传统车站结构相比,在中柱顶部设置弹性滑移支座能有效降低车站中柱处的地震损伤,具有更好的抗震性能。采用本文提出的中板边缘及底层中柱设置隔震支座,可以在减小中柱所受地震损伤的同时,有效地保证结构中板在强地震中不受严重损伤,从而提高车站的整体抗震性能。     

基于监测数据的结构地震损伤追踪与量化评估方法

基于延性的工程抗震设计允许结构在强地震作用下进入非线性,即允许结构产生地震损伤。从物理和力学的角度,抗震行为模拟与性态评估一般考虑地震损伤的峰值效应和累积效应。但是,由于先验性知识(如滞回耗能、承载力与变形能力)的限制,抗震研究中广泛应用的Park-Ang损伤模型较难直接用于大型在役结构的地震损伤评价。受到控制领域模型参考思想的启发,该文提出一类基于数据驱动的损伤评估模型,能自适应于不同的受力状态与破坏模式,实现综合评估震损结构峰值和累积损伤效应。利用美国NEES计划公开的足尺钢筋混凝土(RC)柱动力试验数据,研究了所提出数据驱动损伤指标与RC柱地震损伤发展的相关性与时域追踪效果,验证了评估指标能有效区分RC柱水平侧移与弯曲变形相应损伤的发展与累积差异。此类基于模型参考思想的新型损伤评估指标,不需要提前获知结构非线性特征和计算滞回耗能,可应用于基于强震观测的工程结构抗震性态评估。     

多阶梯被动变阻尼装置设计、试验及结构风振控制分析

针对粘滞阻尼器出力范围窄,磁流变等变阻尼装置需能量输入和反馈控制的局限性,在前期单阶梯被动变阻尼装置研制基础上,设计制作了一种多阶梯被动变阻尼耗能装置（Multi-stage Passive Variable Damping Device,MPVDD）,该装置采用被动控制方式,在不同速度区间拥有不同的阻尼系数变化规律。对其进行了相关性能验证试验和基于该装置结构风振控制效果的数值计算,试验和分析表明：装置可根据外部激励速度变化,实时机械式改变阻尼系数,实现宽域值变阻尼力的输出,且不需外部能源供给和状态反馈;安装耗能装置高层结构风振下的加速度和位移响应均得到有效控制,保证了风载下结构的舒适性和安全性要求。所做研究为该装置的应用打下了良好的试验和理论基础。     

非线性结构振动及其控制系统的多维ARMA模型

本文研究了结构非线性振动及其控制系统的ARMA模型的建立问题。对结构施行等效线性化处理：对状态变量的观测,仅测量结构的前几个位移或速度。将随机激励和观测噪声等维化处理后,建立了等效结构振动及其控制系统的多维ARMA模型。基于多维ARMA模型,给出了结构受风与地震作用下的ARMA模型和模态分析的ARMA模型。     

结构损伤动力检测与健康监测研究现状与展望

基于动力特性的结构损伤检测方法在过去几十年中得到了迅猛发展.该技术的核心思想在于结构的振动特性(比如频率、振型、模态阻尼等)是结构物理参数(如质量、阻尼和刚度)的函数,结构损伤即意味着结构物理参数的改变,而物理参数的改变必然引起结构振动特性的改变.该文介绍了结构健康监测与损伤动力检测方法的涵义、应用现状和分类方法.对基...     

不同挡块形式对中小跨径梁桥横向抗震性能的影响

针对我国汶川地震中小跨径梁桥的典型震害特征,提出一种新型摩擦型挡块代替常规混凝土挡块作为桥梁横向限位装置;然后以一座三跨连续梁桥为例,在考虑板式橡胶支座滑动、挡块非线性等力学因素的基础上,对分别采用常规混凝土挡块和摩擦型挡块时结构的横向地震反应特点进行了分析计算。结果表明,与常规混凝土挡块相比,摩擦型挡块通过自身的摩擦滞回耗能可以有效地降低结构的地震响应,大大改善结构的抗震性能。     

磁流变阻尼器优化设计及结构地震损伤控制

该文通过LS-DYNA 程序二次开发了磁流变(MR)阻尼器的Bouc-Wen动力滞回模型、半主动控制律和钢材的弹塑性损伤本构模型,进而实现应用通用有限元程序精细化模拟受控结构损伤发展过程的目的.基于损伤本构模型,提出结构构件和结构层的抗震性能指标,并应用该指标对结构各层阻尼器的最大出力进行优化设计.对一9 层Benchmark 钢框架结构进行损伤控制研究,采用IDA 方法对控制前后结构的抗震性能进行分析,结果表明:MR 阻尼器优化设计后受控结构的损伤累积效应较无控结构明显减小,损伤分布范围更广,塑性耗能能力和抗震能力都得到显著提高.     

索梁动力耦合对非线性拉索阻尼器减振效果的影响分析

索梁耦合振动会影响斜拉桥动力性能,特别是对模态阻尼比会产生不利影响.为了解索梁耦合振动对附加非线性阻尼器后拉索模态阻尼比的影响,根据吸收能量等效的原则得到了工程常用非线性阻尼器的等效线性阻尼系数.建立了由索、梁和等效粘滞阻尼器组成的理论模型,采用复模态分析方法详细研究了主梁振动频率与拉索振动频率比对拉索附加非线性阻尼器减振效果的影响.结果表明：当主梁与拉索的频率比相近时,拉索阻尼器的减振效果会大幅降低.     

建筑隔震金属柔性管道抗震性能试验研究

隔震层中具有大变形需求的柔性管道显著影响隔震建筑的震后功能可恢复能力,然而目前对于柔性管道抗震性能的研究还相对较少。该文以量大面广且承载重要功能的竖向安装金属柔性管道为研究对象,考虑实际工程应用现状和相关规范建议,以400 mm变形为目标,以公称内径、管道安装长度、管道设计长度为研究变量,共设计了9组27个试件,进行了抗震性能试验,研究了金属柔性管道的损伤演化模式、关键损伤状态及其变形和承载能力。结果表明：目前工程上采用的柔性管道设计方案无法满足大变形需求或存在安全隐患,规范建议的方案则可很好地满足目标;对于破坏的柔性管道主要经历两个关键状态,即外金属套网绷直和单侧完全拔出破坏,破坏后无法承受工作压强需要更换;水平变形能力主要取决于管道安装长度和管道设计长度,随两者的增大而增大;破坏主要取决于管道受拉竖向荷载分量,该分量近似正比于公称内径,破坏水平荷载随着公称内径和极限水平位移的增大而增大。该文的研究成果可为建筑隔震金属柔性管道的抗震设计和易损性研究提供重要参考。