安装粘滞阻尼消能支撑结构随机地震反应分析

对安装有粘滞阻尼消能支撑的多自由度减震结构基于随机地震动模型的动力反应进行了研究。假定地震地面运动为具有金井清谱的平稳过滤高斯白噪声过程,采用等效线性化的粘滞阻尼器力学模型,建立了粘滞阻尼减震结构在随机地震动模型激励下的动力方程。考虑到粘滞阻尼器附加给结构的阻尼矩阵为非经典阻尼矩阵,不能满足振型正交的解耦条件,将动力方程表达为状态方程形式,在状态空间内运用复模态分析方法和随机振动理论建立了减震结构和减震装置地震反应计算方法,在时域内推导了粘滞阻尼减震结构随机反应的统计特征解析式。最后,通过一个设置粘滞流体阻尼器的框架结构计算实例,说明了这种方法的运用。该方法引入了状态空间的概念,可直接对结构的动力方程进行解耦,求解随机反应的时域解析解,使得减震结构方差反应等统计量的计算非常简便,并且可以为粘滞阻尼减震结构抗震可靠性分析和基于可靠度优化提供基础。     

空间地震动输入下大跨度拱桥减震控制研究

对拱桥这种大型结构在地震激励作用下实施减震控制是提高结构安全性的重要途径.本文提出在大跨度中承式拱桥上设置粘滞阻尼器的减震控制方案.考虑粘滞阻尼器的非线性粘滞阻尼特性,采用对状态方程直接积分的方法对设有阻尼器减震装置的拱桥结构进行非线性被动减震控制分析.以重庆菜园坝大桥作为模型原型,建立拱桥三维有限元模型,对比分析了该桥在一致输入、行波输入的减震效果.分析结果表明,设置阻尼器后,纵向一致激励、行波输入下位移反应都有较好的减震效果;但行波输入下拱桥内力减震效果优于一致输入下的减震效果.     

粘滞阻尼器拱桥结构减震控制研究

基于现代控制理论,将设有粘滞阻尼器耗能支撑的拱桥减震结构看作一控制系统,利用MATLAB中的SIMULINK工具箱对拱桥减震结构进行动态仿真分析,研究粘滞阻尼器参数选择以及在受到地震激励作用下该被动减震系统用于拱桥的减震效果。对粘滞阻尼器采用简化M axwell模型,就其阻尼器的阻尼系数、速度指数等参数的取值进行了详细的模拟计算与分析,证实对于算例中的拱桥结构所采用的粘滞阻尼器计算模型,在一定范围内,速度指数取0.6~0.9之间,结构反应最小。拱桥减震结构动态仿真分析结果表明:安装了粘滞阻尼耗能支撑的拱桥地震动力反应有较明显地减小。     

粘滞阻尼器对空间桁架结构减震作用研究

为研究粘滞阻尼器对大跨空间桁架结构减震控制作用,在某体育馆屋盖不同部位设置粘滞阻尼器,输入三向地震波进行时程分析。以屋盖结构水平向位移、加速度及构件内力为减震控制目标,计算分析表明,设置粘滞阻尼器能有效抑制结构在地震作用下响应;屋盖结构均匀布置阻尼器较集中布置减震效果好;结构减震效果不随阻尼系数的增大而线性提高,且存在较优值范围;不同地震烈度下粘滞阻尼器对空间桁架结构减震控制均有明显效果;粘滞阻尼器在不同地震波输入时滞回曲线均较饱满,呈现典型速度相关型阻尼器特征。研究结果对粘滞阻尼器用于大跨空间结构减震控制具有一定参考价值。     

粘滞阻尼器对地震、列车制动和运行作用下公铁两用斜拉桥振动控制效果分析

以一公铁两用斜拉桥为背景,首先利用非线性动力时程分析方法,基于结构地震反应进行粘滞阻尼器参数敏感性分析,选取粘滞阻尼器合理参数。在此基础上,研究了列车制动和运行作用下不同塔梁连接方式对结构动力响应的影响,探索了塔梁间设置粘滞阻尼器对抑制列车制动和运行引起梁体纵向振动的效果。结果表明:塔梁间设置粘滞阻尼器不仅能有效降低结构地震反应,还可以有效抑制列车制动及运行作用下斜拉桥主梁纵向振动及改善桥塔动力响应。     

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。     

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。     

折板式网壳结构的减震控制

本文在已有研究成果的基础上,从设置粘弹性支座和粘滞阻尼器两方面对折板式网壳结构进行减震分析：通过分析,该结构在分别设置粘弹性减震支座和粘滞阻尼器后,在地震作用下,杆件的动内力幅值均有明显减小。     

斜拉桥面相对高度对粘滞阻尼器减震效果影响研究

由于地震响应特性对斜拉桥结构影响较大,在塔梁之间合理设置粘滞阻尼器可改善斜拉桥抗震性能。而目前研究多针对具体工程未考虑斜拉桥面相对高度对粘滞阻尼器减震效果影响。以某斜拉桥为模型,通过改变其下塔柱高度改变斜拉桥面相对高度,并系统分析桥面相对高度对斜拉桥粘滞阻尼器减震效果影响。研究表明,桥面相对高度对粘滞阻尼器最优参数及最优减震效果均有较大影响。     

某消能减震钢筋混凝土框架-剪力墙结构弹塑性时程分析

采用新近开发的合理的结构数值分析模型,建立了某实际高层钢筋混凝土框架-剪力墙结构的有限元分析模型。在此基础上对原结构和布置了非线性粘滞流体阻尼器的减震结构均进行了罕遇地震作用下的弹塑性时程分析。利用数值分析模型的非线性计算能力和有限元分析软件的后处理功能,获得了最大层间位移分布、基底剪力时程和损伤分布与发展等多项结构地震响应结果。通过对比分析原结构和减震结构的相关结果,表明采用非线性粘滞流体阻尼器这一减震方案可以有效降低结构地震响应,提高结构的整体抗震性能,具有良好的减震效果。     

拟负刚度与粘滞阻尼混合减振结构的动力特性与减振效果分析

对拟负刚度与粘滞阻尼混合减振结构的动力特性与减振效果进行了研究。首先,通过加速度放大系数和位移放大系数对拟负刚度与粘滞阻尼混合减振结构的动力特性进行分析。其次,通过反应谱对地震作用下拟负刚度与粘滞阻尼混合减振结构的减振效果进行分析,并与粘滞阻尼减振结构的减振效果进行比较。研究结果表明：拟负刚度控制能够延长结构的等效周期;当结构周期较长时,拟负刚度与粘滞阻尼混合减振结构对绝对加速度和相对位移的减振效果好于粘滞阻尼减振结构。     

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。     

剪力墙结构的竖向阻尼减振研究

提出了竖向布置阻尼器实现剪力墙减振的方法，建立了剪力墙结构竖向阻尼减振体系的计算模型，推导了竖向阻尼减振系统的动力平衡方程，并建立了该体系的能量方程。通过算例，分析了竖向布置阻尼器前后的结构地震反应及耗能效果。     

非弹性单自由度体系附加粘滞阻尼器基于性能的抗震设计

消能结构的传统设计使用反复试算法设计附加阻尼器,这费时费力。在基于性能的抗震设计框架内,提出了粘滞阻尼器基于改进能力谱法的直观设计法。满足一种给定性能准则的总粘滞阻尼比,可由有效阻尼比的总需求减去总固有阻尼比与结构构件滞回变形的等效阻尼比之和算得。结合我国的设计反应谱和10条地震动平均反应谱,给出了简化设计方法的具体步骤。时程分析结果表明,按该法设计的附加粘滞阻尼器结构的最大位移与给定的目标位移吻合较好。     

减震设计与抗震设计RC框架结构抗地震倒塌能力对比

与传统抗震设计不同,结构的消能减震设计通过在结构上设置减震装置以消耗地震输入能量,达到减轻主体结构地震响应的目的,在满足相同的设计要求下,减震设计结构由于阻尼器的耗能作用,其截面尺寸或配筋较抗震设计结构有一定的优化。根据我国抗震规范,按传统抗震方法和消能减震方法分别设计了一组钢筋混凝土框架结构。采用基于动力增量时程分析方法的结构抗倒塌易损性分析流程,对不同设计方法所设计的框架结构的抗地震倒塌能力和抗倒塌安全储备进行了定量评价,并对计算结果进行了对比分析。根据分析结果提出了提高高烈度区减震设计框架结构抗倒塌能力的相关措施,并通过算例验证了所提措施的有效性。     

速度相关型耗能减振体系参数影响的复模量分析

利用复模量阻尼理论研究粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器与斜撑串联的复合阻尼元件对结构减振效果的参数影响及耗能减振体系反应分析的简化计算方法。首先,采用复模量方法对两类阻尼器与斜撑串联的复合元件阻尼特性进行了分析;然后确定了影响阻尼器减振效果的复模量参数,得到了耗能减振系统中阻尼器实际发挥作用的参数影响量化关系式;第三,建立了阻尼器与斜撑串联的复合元件等效模型,提出了速度相关型耗能减振体系反应分析的简化方法;最后,通过对单自由度耗能减振体系的地震反应进行数值计算,验证了简化分析方法具有良好的计算精度。     

Stochastic sensitivity analysis of energy-dissipating structures with nonlinear viscous dampers by efficient equivalent linearization technique based on explicit time-domain method

Nonlinear fluid viscous dampers have been widely used in energy-dissipating structures due to their stable and high dissipation capacity and low maintenance cost. However, the literature on stochastic optimization of nonlinear viscous dampers under nonstationary excitations is limited. This paper is devoted to the stochastic response and sensitivity analysis of large-scale energy-dissipating structures equipped with nonlinear viscous dampers subjected to nonstationary seismic excitations. The analysis procedure is developed in the frame of the equivalent linearization method (ELM) in conjunction with the explicit time-domain method (ETDM). The equivalent linear system and the corresponding statistical moments of responses at a specific time instant are first obtained through a series of stochastic response analyses of the linearized systems. Then the sensitivities of the statistical moments of responses are determined via a series of stochastic sensitivity analyses of the equivalent linear system at the corresponding time instant. The above two iterative procedures are facilitated at high efficiency using ETDM with explicit formulations of the statistical moments of responses and the sensitivities of the statistical moments. This process is repeated for different time instants, and the time histories of the statistical moments and their sensitivities can be obtained. The stochastic response and sensitivity results are further utilized to conduct the stochastic optimal parametric design of the nonlinear viscous dampers. A one-storey building model equipped with a nonlinear viscous damper is analyzed to demonstrate the accuracy of the proposed method, and a suspension bridge with a main span of 1200 m equipped with 4 nonlinear viscous dampers is further investigated to illustrate the feasibility of the proposed method for stochastic optimal design of large-scale structures.     

强震作用下附设粘滞阻尼器RC框架结构的 耗能机制与抗倒塌性能研究

大量震害调查结果表明强震作用下普通RC框架结构很难避免出现薄弱层的累积耗能集中,以致结构倒塌。作为一种已推广应用的耗能装置,粘滞流体阻尼器可在不改变原有结构体系刚度分布的前提下有效耗散地震输入能量,提高结构抗倒塌性能。根据中国现行抗震规范设计了三组不同高度的RC框架结构,并分别进行了附设粘滞阻尼器的消能减震设计。采用弹塑性时程分析方法对各结构进行了地震响应计算,对比了减震前后结构的累积滞回耗能分布模式和耗能机制,并且采用基于IDA的结构抗倒塌易损性分析方法,定量评价了各结构的抗地震倒塌能力和抗倒塌安全储备。结果表明,附设粘滞阻尼器可显著改善RC框架结构的耗能机制,降低主结构构件的损伤程度,有效提高结构的抗倒塌性能。     

输电线路防舞阻尼器系统参数分析及设计研究EI北大核心CSCD

针对目前覆冰导线舞动频发现状,提出了一种通过在导线靠近输电塔位置处设置阻尼器来减振耗能从而实现输电线路舞动抑制的方法。基于Hamilton原理运用多阶伽辽金函数推导得到了导线-阻尼器系统的广义运动方程,并以某750 kV单档八分裂输电线路为例进行运动方程特征值分析,得到了导线-阻尼器系统的动力特性,探索了导线的垂度参数、阻尼器安装位置、阻尼系数及刚度系数等对系统等效阻尼比的影响,阻尼器安装位置越靠近跨中,系统的最大阻尼比提升效果越明显,两侧对称安装阻尼器可以有效地减小最优阻尼系数。采用数值算例和有限元数值仿真技术比较了粘滞阻尼器与负刚度阻尼器(NSD)对导线系统的减振效果,并针对NSD提出了参数的优化设计方法。研究表明:相比传统阻尼器,NSD可以在较低阻尼系数下有效地提高系统各阶的最大阻尼比,且能够明显降低导线系统的自振频率;系统所能达到的一阶最大阻尼比对NSD安装位置的变化不敏感;通过有限元仿真证实了,基于NSD的输电导线阻尼器设置方案相较于传统阻尼器方案具有更好的防舞性能。