耗能减振层对某超高层结构的减振控制研究

本文以某288m超高层框架－核心筒结构的减振控制为研究对象,针对该工程的自身特点提出了设置非线性粘滞阻尼器、铅粘弹性阻尼器耗能减振层的六种控制方案。在10年一遇风振作用下,利用改进的自回归AR模型模拟了结构Y方向的脉动风荷载时程,并对该结构进行了不同控制方案下的风振控制研究,同时针对该结构进行了7度小震和中震作用下的阻尼减震控制研究。对比分析了不同控制方案下耗能减振层对结构地震与风振作用的减振效果,结果表明本文提出的六种控制方案不仅能有效抑制结构的风致振动,显著改善结构的风振舒适度,对结构顶层峰值加速度响应的最大降幅达40％,而且还能提高结构在地震作用下的可靠性,进一步证明了耗能减振层对于超高层结构抗风与抗震的有效性和可行性,提出了风振与地震作用下设置耗能减振层超高层结构的分析与设计建议。     

基于摩擦阻尼器的高耸电视塔结构风振反应被动控制

本文研究了高耸电视塔结构基于被动摩擦阻尼器的风致振动控制问题。文中建立了电视塔结构的三维有限元模型和二维等效动力分析模型。随后建立了电视塔结构的受控运动方程和风荷载模拟方法。在此基础上以合肥电视塔为背景,进行了结构风振反应控制分析和相应的参数研究。分析表明,被动摩擦阻尼器可有效地抑制结构的风振反应。通过合理地选取阻尼器参数,可以获得满意的减振效果。     

广东科学中心典型区域的风振响应及风振控制

以广东科学中心典型区域为研究对象,利用AR法模拟了该结构的脉动风速时程,进行不同风压、不同风向角下的风振响应分析,给出了采用非线性粘滞阻尼器的六种风振控制方案,并对不同方案的减振效果进行了对比研究。结果表明：所提减振方案对结构的风振反应具有很好的减振效果,结构顶点位移和加速度响应的最大降幅达18%和84.9%;对此类不规则大跨结构,建议将阻尼器安装在结构两侧以取得最好的减振效果;安装粘滞阻尼器对结构加速度的控制效果优于对结构侧移的控制效果。     

某超高层结构三种风振控制方法的对比研究

提要 以某超高层结构的风振控制为研究对象,阐述了风荷载的动力特性,利用改进的自回归模型模拟了X和Y两个方向的脉动风荷载时程,针对该工程的自身特点提出了设置粘滞阻尼器和调频质量阻尼器(II)、设置粘滞阻尼器(III)、设置调频质量阻尼器(IV)的三种减振控制方案。在10年、50年和100年一遇三种风振作用下,对该工程进行了不同风振方向和不同控制方案下的风振控制动力分析。对比分析了不同方案下的控制效果,结果表明控制方案II、III具有大量耗散风振输入能量、有效衰减结构动力响应、降低风振作用下结构层加速度和层间侧移沿高度方向突变的能力,可减小结构顶层位移和加速度响应的最大幅度分别为33％和51.4％,证明了所提控制方案对于抑制结构风致振动、提高结构安全和舒适使用性能的可行性和有效性。最后依据分析结果对超高层结构体系风振控制的分析与设计提出了建议。     

高层建筑楼顶钢塔风振效应的参数研究

本文针对高层建筑楼顶钢塔的风振效应开展研究,采用线性滤波法模拟了结构的脉动风荷载时程,探讨了主体结构、楼顶钢塔及二者整体工作三种情况的动力特性,分析了脉动风速谱、频率比、楼顶钢塔高度和跨度等6种不同参数对结构顺风向风振动力性能的影响,并对比分析了线性和非线性粘滞阻尼器及粘弹性阻尼器三种速度相关型阻尼器对结构楼顶钢塔风振效应的控制效果。结果表明,结构楼顶钢塔设计时应避开主体结构的前三阶自振频率,以降低鞭梢效应;风荷载作用下楼顶钢塔的风振响应远大于主体结构,随基本风压和钢塔高度的增大而增大,但随钢塔跨度的增大而减小;阻尼器可有效衰减楼顶钢塔的风振响应,粘滞阻尼器对楼顶钢塔风振响应的减振效果优于粘弹性阻尼器,而非线性粘滞阻尼器的减振效果又优于线性粘滞阻尼器。     

带加强层高层建筑地震作用分析与减震研究

带加强层的高层建筑在地震作用下侧移和内力有特有的规律。针对带加强层高层建筑分析其动力特性和地震作用下的侧移规律,并进行减震效果研究和优化设计,提出设计建议。以某高烈度区一座带加强层高层建筑为例的分析结果表明,带加强层的高层建筑在地震荷载作用下侧移有突变,楼板缺失导致整个结构变形规律发生改变,附加粘滞流体阻尼器后层间位移角和底部剪力都有所减小,减震方案优化后减震效果良好。     

基于性能的相邻结构间Maxwell阻尼器优化布置研究

对连接Maxwell模型的两相邻钢筋混凝土框架结构进行了基于性能的阻尼器优化布置研究。以使两相邻结构总超越概率最小为优化目标,对确定阻尼器数目下的相邻结构进行了阻尼器优化布置位置的研究,得出了相邻结构间Maxwell阻尼器的优化位置的一般布置规律。通过连接不同优化布置位置的Maxwell阻尼器的相邻结构地震易损性分析,得出了相邻结构间连接Maxwell阻尼器的优化数目。所得相邻结构间阻尼器的优化布置,可以使相邻结构在不同性能目标的地震作用下均能得到较优的控制效果,为实际工程的应用作出了有益探讨。     

颗粒阻尼器布置方案对其减震效果影响研究

为明晰建筑结构用颗粒阻尼器布置方案对其减震控制效果的影响规律。以某1∶30比例缩尺钢筋混凝土框架结构为研究对象,设计制作了可用于缩尺模型的刚性连接颗粒阻尼器,结合建筑结构减震需求,对颗粒阻尼器的布置方案进行了设计,通过振动台试验研究了布置位置和阻尼器数量等参数对颗粒阻尼器减震控制效果的影响。结果表明:颗粒阻尼器布置位置处的结构均方根位移响应和峰值位移响应均有所降低,阻尼器减震控制效果良好;阻尼器布置位置对颗粒阻尼器减震控制效果影响显著,阻尼器宜布置于结构位移响应较大的位置,合理的阻尼器布置方案能够有效地控制结构的扭转响应;随附加颗粒阻尼器数量的增加,颗粒阻尼器对结构位移响应的减震控制效果提高,建筑结构可用附加质量比范围内,阻尼器布置数量越多,减震控制效果越好。     

MR智能阻尼器对空间网壳结构的风振抑制分析

磁流变液（MR）智能阻尼器是一种新型智能材料减振装置,可用于空间网壳结构的风振抑制。以适当方式和空间网壳结构结合即形成智能材料杆件空间网壳结构。建立了智能材料杆件有限元模型,研究了磁流变阻尼器布置方式和控制策略对空间网壳结构抗风减振的影响。将MR阻尼器设置于网壳结构径向肋杆处优于设在结构环向杆件处。不同控制策略导致不同的风振控制效果。Passive—off控制策略的风振抑制效果较差;Passive-on策略对控制结构的位移响应效果较好,而对控制结构的速度响应和加速度响应效果不佳。半主动控制策略对控制结构的位移响应、速度响应和加谏序响府均掂瑚相．针对不同风荷载作用,采用相同阻尼器布置方案和控制策略,结构风振控制效果大致相同。     

颗粒调谐质量阻尼器减震控制的数值模拟

提出一种颗粒调谐质量阻尼器,即通过摆绳将颗粒阻尼器悬挂于主体结构上,将目前广泛应用的调谐质量阻尼器与减震效能优越的颗粒阻尼器结合起来,以扩大减振频带,增加减振鲁棒性。基于一定的等效原则将多颗粒阻尼器等效为单颗粒阻尼器,提出一种近似的颗粒调谐质量阻尼器数值模拟方法,并介绍了系统参数的取值方法。进行了附加颗粒调谐质量阻尼器的单自由度结构实际地震输入下的振动台试验,通过对比试验结果与数值模拟结果,发现两者吻合较好,说明该简化方法可以较好地模拟颗粒调谐质量阻尼器的减震控制效果。     

风力机塔架在风-地震作用下的动力响应

为了获得水平轴风力机塔架在风-地震联合作用下的动力响应,首先推导了风力机塔架在风-地震联合作用下的动力学运动方程,并对塔架所受外部激励进行了详细的分析。通过对某3.0 MW风力机塔架动力响应进行计算,获得了风力机塔架在风-地震联合作用下的塔架顶部振动位移和塔架底部的载荷,分析了地震对塔架的影响程度,这些计算和分析对处于地震区域的风力机设计具有参考意义。     

非同轴质量偏心结构平扭耦合风振响应的研究

为了详细地对比分析结构各质量中心不在同一轴线上的偏心对结构风致平移一扭转耦合响应的影响,提出了分析非同轴质量偏心结构风振响应的基本框架.首先,建立了两层六自由度非同轴质量偏心结构的动力方程,并将其推广至N层3N自由度的非同轴质量偏心结构动力方程;然后,基于高频力平衡(HFFB)技术和多点同步扫描(MPSS)技术获得的顺风向、横风向以及扭转风荷载功率谱,考虑横风向和扭转风荷载之间的相关性以及模态之间的耦合,在频域内进行非同轴质量偏心结构的风致平移一扭转耦合响应分析.一栋120 m高的矩形钢结构建筑,被简化为15个自由度的三维分析模型作为数值研究案例.通过设置不同位置的结构质量偏心,分析研究了单轴质量偏心、非同轴质量偏心对矩形建筑结构平移一扭转风振的影响.     

防晃水箱控制高层建筑风振响应研究

防晃水箱作为一种新型调谐流体阻尼器,是在一般水箱内安置环形防晃板,在高层建筑顶部设置这种水箱可以增加阻尼,减小建筑物的振动响应。本文应用数值模拟技术对高层建筑物的顺风向和横风向风载进行了时程模拟,考虑了水箱和结构间的动力耦合作用,分析了水箱对高层建筑物风响应的控制作用,为强风下研究高层建筑物的舒适性和安全性提供了一个有效的分析过程,也为合理设计防晃水箱提供了理论依据。     

大跨屋盖结构等效静风荷载研究

等效静风荷载为大跨屋盖结构设计提供了处理时空变化动力风荷载的有效途径。从两个方案对等效静风荷载研究,一种方案是采用模态等效静风荷载组合法,另一方案采用共振响应分量对应的模态等效静风荷载与本征正交分解法(POD)简化的荷载响应相关法(LRC)计算的背景等效静风荷载组合法,两个方案中通过加权因子考虑模态耦合项的影响。利用风洞试验同步测量单层柱面网壳结构的风压数据,根据完全二次型组合法(CQC)和平方总和开方法(SRSS)计算风致响应,结果表明模态耦合项可以忽略,仅选取前几阶模态即可获得准确响应结果。等效静风荷载计算的响应结果与CQC法计算结果进行校核。等效静风荷载确定两方案对比分析显示,第一种方案是非常有效、实用的确定等效静风荷载的方法,而第二个方案有助于分别对背景和共振等效静风荷载研究。     

Design of a mega-sub-controlled building system under stochastic wind loads

Vibration control of high-rise buildings under wind loads with application of the mega-sub-control method is studied in this paper. A building with a megasub-configuration consists of two major structural components - a megastructure as the main structural frame and several sub-structures for residential and/or commercial usage. The authors have previously proposed a ‘megasub-control method’ in which the sub-structures are designed to serve as vibration control dampers. The control objective is to suppress certain critical building responses such as inter-story drifts of the mega-structure for the purpose of structural safety and acceleration response of the sub-structures for the purpose of protecting contents and improving human comfort. The feasibility of this method has been explored by the authors in previous publications. In this study, the procedure of optimally designing dynamic parameters of a megasub-controlled building under stochastic wind loads is developed, together with two possible structural configurations which provide a mega-sub-control mechanism. The mega-structure of a mega-sub-building is modeled as a cantilever beam to retain the dominant bending mode characteristics of highrise buildings, and the sub-structure as a shear building to retain the shear mode. The fluctuating wind speed is modeled as a non-white random process in both time and space domains. The power spectral density (PSD) of critical building responses is obtained using the random vibration theory. The mean square value (MSV) of those responses, as functions of the dynamic parameters including the stiffness and damping ratio of the sub-structures, are evaluated from their PSD by numerical integration in the frequency domain. The optimal values of the dynamic parameters are determined by minimizing the MSV of certain critical building responses. An example building is used to demonstrate the design procedure and the numerical simulation of the response quantities in the time domain is carried out to verify the MSV of the building responses obtained from the random vibration theory in the frequency domain. The results show that the proposed design procedure is suitable to apply to a mega-sub-building with different sub-structural configurations. The MSV obtained from the random vibration theory in the frequency domain and from the numerical simulation in the time domain exhibit an excellent agreement. It is also found that the megasub-control method is robust in the sense that slight change in the dynamic parameters affects the building's performance very little. With the design procedure developed, and the corresponding favorable building response demonstrated, this paper has enhanced the feasibility of application of the mega-sub-control method to actual high-rise buildings for wind vibration suppression.     

应用MR阻尼器的连续梁桥地震损伤控制方法

基于地震作用下连续梁桥的损伤破坏机理,利用MR阻尼器控制元件,建立了基于桥墩广义水平刚度比的阻尼器出力方案,提出了连续梁桥的非线性地震损伤控制方法。对某一联三跨连续梁桥进行地震损伤控制研究,采用IDA(Increasing Dynamic Analysis)方法对控制前后桥梁结构进行损伤分析,结果表明所提出的控制方法可以有效降低桥梁损伤,并使桥墩损伤趋于均匀,显著提高桥梁的抗震性能;对采用不同控制方案和不同设计传递系数的桥梁进行地震损伤分析,结果表明半主动控制方案对墩梁残余位移和桥墩损伤的控制效果优于PON(Passive On)控制,并且设计传递系数对控制效果影响较大,需合理选用。     

跨地裂缝带支撑RC框架结构振动台试验研究

研究跨地裂缝结构在地震作用下的灾害控制措施,以一个跨越西安f₄地裂缝的5层RC框架结构为研究对象,通过对非一致性地震激励下跨地裂缝无支撑结构和不同布置形式的带支撑结构进行数值分析对比,找出了跨地裂缝结构的薄弱位置,确定了合理的支撑布置方案,并以此为依据设计并完成了一个缩尺比为1:15的跨地裂缝带支撑结构振动台试验,分析了不同工况下跨地裂缝带支撑结构的抗震性能,得到了该结构在不同地震激励下的破坏形态、动力特性和动力响应规律。研究结果表明:地裂缝的存在增大了跨地裂缝结构的动力响应,且上盘对结构的影响大于下盘;该支撑布置提高了跨地裂缝结构的抗侧刚度,减小了结构在地裂缝和地震共同作用下的动力反应;同时,支撑在结构破坏前发生屈服,其屈服变形不仅耗散了地震能量,降低了结构损伤,而且实现了多道抗震设防,使跨地裂缝结构得到了有效保护。该研究成果为跨越地裂缝结构灾害控制提供了科学依据。     

复合随机振动系统的动力可靠度分析

建议了一类新的复合随机振动系统动力可靠度分析方法。基于复合随机振动系统反应分析的密度演化方法,根据首次超越破坏准则,对密度演化方程施加相应的边界条件,进而求解密度演化方程,在安全域内积分给出结构的动力可靠度。结合精细时程积分方法与具有TVD性质的差分格式,研究了基于密度演化方法求解结构动力可靠度问题的数值方法。以受到随机地震作用、具有随机参数的八层层间剪切型结构为例,进行了结构动力可靠度分析并与随机模拟结果进行了比较。研究表明,建议的方法具有较高的精度和效率。     

耦合地震作用下的MRD与LRB混合控制结构动力分析

为改善铅芯橡胶支座(LRB)隔震结构的减震效果和适用范围,研究双向耦合地震作用对减震效果的影响。提出3种磁流变阻尼器(MRD)与LRB隔震混合方案,建立其双向耦合地震作用下的动力分析模型并推导出振动控制方程。对7层MRD与LRB隔震混合控制结构进行地震反应分析,3种混合方案在3种工况荷载作用下的相对加速度峰值、相对速度峰值、相对位移峰值和层间剪力峰值分别比LRB隔震结构有不同程度的降低。当考虑竖向地震作用时,随着竖向地震作用的加大,结构的地震反应有小幅度的增加,但各种结构方案都具有良好的减振效果。表明各混合方案在各种工况下的各项地震反应均得到了更好的控制,而混合方案3的减震效果更加明显。