索-梁耦合振动下的拉索复合减振方法研究

既有研究结果和工程实践表明:当发生索桥耦合振动时,黏滞阻尼器提供给拉索的实际阻尼值远小于理论计算值。为保证耦合振动下的减振效果,提出利用常规黏滞阻尼器附加TMD的复合减振方法。为此,建立了拉索、黏滞阻尼器与TMD组成的理论分析模型,并开展了相应的室内试验。理论分析与试验结果的对比分析表明:根据最主要贡献模态设计的附加MTMD,能最大程度地协助黏滞阻尼器抑制该模态脉动;该复合减振方法可有效弥补索端黏滞阻尼器由于索-桥耦合振动等原因造成的减振效果损失问题。     

面向时变阻尼比-位移双目标的防屈曲支撑减震体系设计方法

附加阻尼比是消能减震体系设计中的重要性能参数,传统方法采用阻尼器滞回耗能和减震体系总应变能的比值作为量化结果,并通常采用双线性模型计算防屈曲支撑滞回耗能,计算精度较低。采用积分方法推导能够精确反映阻尼器滞回性能的Bouc-Wen模型的滞回能量显式化解析表达式,并提出分别基于应变能法和模态阻尼耗能法的时变附加阻尼比计算方法。为了准确控制减震体系的阻尼比,将减震体系层间位移角不超限和附加有效阻尼比作为控制目标,阻尼器的布置方案和阻尼力的大小作为设计变量,提出面向阻尼比-位移双目标的减震体系设计方法和流程。对一钢混框架减震体系进行迭代设计和分析,确定计算时变滞回能量的合理时段长度,并对不同的时变阻尼比计算方法进行比较。结果表明：基于应变能法的附加阻尼比偏大,不利于结构安全,建议采用模态阻尼耗能法的平均值表征附加有效阻尼比。     

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。     

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。     

斜拉索—摩擦型阻尼器系统的阻尼特性分析

研究了采用非线性摩擦型阻尼器的斜拉索振动控制的阻尼特性。通过数值模拟斜拉索-摩擦型阻尼器系统的自由振动,分析了斜拉索位移时程曲线的衰减特征,系统模态阻尼比的变化规律以及拉索振动形状的变化。通过对拉索模态阻尼比的参数分析,得到了摩擦型阻尼器参数和拉索附加阻尼关系的通用设计曲线。研究了拉索-摩擦型阻尼器系统最大附加阻尼的取值,结果表明斜拉索的最大模态阻尼比依振动初始条件等参数影响分布在一个范围而非定值,其下限值仍高于采用线性黏滞阻尼器时所获得的最大模态阻尼比。最后将数值模拟结果与已有实索试验数据进行了对比,二者吻合良好。     

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。     

动水压下减震连续梁桥随机优化及减震性能研究

地震作用下,跨海桥梁桥墩和周围水体的动力相互作用将对桥梁结构的动力响应产生较大影响。建立了考虑动水压力的2自由度连续梁桥简化分析模型,推导了其组合刚度和附加质量;提出了以墩顶位移方差最小为目标的黏滞阻尼器参数随机优化的Lyapunov方法。在此基础上,通过对设置黏滞阻尼器的某跨海连续梁桥简化模型进行了阻尼器参数优化,研究了动水压力和地震耦合作用下连续梁桥的减震性能。研究结果表明:动水压力增大了桥梁的地震反应,对桥梁的动力响应特性有较大影响。采用黏滞阻尼器可有效减小跨海连续梁桥的地震反应,改善桥梁结构抗震安全性能。     

惯性质量对斜拉索阻尼器减振增效作用试验研究

为提升斜拉索被动黏滞阻尼器的减振效果,开展了阻尼器并联的惯性质量单元对斜拉索减振的增效作用试验研究。首先基于滚珠丝杠位移增效机制、两节点惯质单元"inerter"与电磁阻尼技术集成了惯性质量和阻尼系数均具有可调性的惯性质量电磁阻尼器(EIMD)样机,综合理论分析与力学性能测试建立了EIMD的力学模型;然后建立模型斜拉索-EIMD减振试验平台,通过改变EIMD的惯性飞轮转动惯量和负载电阻阻值,分别测试分析了惯性质量和阻尼参数对斜拉索面内振动前2阶模态附加阻尼比的影响规律;最后对比研究了惯性质量频率相关型负刚度与恒定型负刚度对斜拉索阻尼器的减振增效作用与机理。结果表明:随着阻尼器惯性质量的增加,斜拉索前2阶附加模态阻尼比均先增加后下降,且第2阶模态最优惯性质量小于第1阶模态;斜拉索第1,2阶模态附加阻尼比最大试验值分别达到了线性黏滞阻尼器理论最优值的2.02,4.46倍;当惯性质量无量纲负刚度系数逼近"-1"时,斜拉索减振效果提升效应最为显著;惯性质量频率相关型负刚度与恒定型负刚度均通过负刚度特性放大阻尼器的位移实现耗能增效,但惯性质量负刚度不会诱发斜拉索减振系统稳定性问题。     

黏滞阻尼器-基础隔震混合体系优化研究

针对隔震层设置黏滞阻尼器的基础隔震结构,提出了非支配排序遗传算法-Ⅱ(NSGA-Ⅱ)的黏滞阻尼器的参数多目标优化方法。采用Bouc-Wen模型模拟隔震层的力-变形行为,建立受控结构运动方程,并进行非线性时程分析,选用隔震层位移及上部结构顶部相对隔震层位移为优化目标,采用NSGA-Ⅱ遗传算法优化得Pareto最优前沿解集。以某六层基础隔震结构为例进行数值分析,通过分析隔震层振动响应的快速傅里叶变换(FFT)谱及反应谱,以及通过调整优化目标的约束条件及参数的优化范围,利用NSGA-Ⅱ算法获得了较为集中的阻尼器参数分布,然后通过其它地震波验证了黏滞阻尼器的减震效果。结果表明,优化所得阻尼器能有效减少了隔震层的位移;当优化所得阻尼器对上部结构地震响应不利时,可通过降低阻尼器的减震效果使上部结构地震响应控制在合理范围内;不同地震波作用下阻尼器减震效果存在差异,在第一周期范围内,当隔震层的激励频率趋向低频时,阻尼器对隔震层位移控制效果越好;阻尼器减震效果与隔震层的附加阻尼有关,提供过大的附加阻尼比对上部结构较高阶动力反应不利;设计者基于隔震层位移控制的阀值及缩小的阻尼器参数优化范围,可获得应用于实际工程的阻尼器参数。     

基于层间位移利用率法修正消能减震结构的附加阻尼EI北大核心CSCD

详细分析了悬臂墙式黏滞阻尼器层间位移利用率(阻尼器位移与楼层位移之比)中阻尼器位移的三个组成部分,即楼层位移、梁柱节点转动、悬臂墙自身变形所引起的阻尼器位移。推导了层间位移利用率与阻尼器布置位置和消能子结构梁柱刚度比两个参数之间的关系,并采用与这两个参数相关的修正函数来考虑仿真模拟中较为繁琐的阻尼器动刚度问题,得到实用的层间位移利用率计算公式。研究结果表明:层间位移利用率在阻尼器靠边布置时小于1,居中布置时大于1,且布置越接近梁跨中层间位移利用率越大;随着消能子结构梁柱刚度比的增大,层间位移利用率在阻尼器靠边布置时增加,居中布置时减小,即都更接近于1;层间位移利用率越大,达到同样期望附加阻尼比所需的附加阻尼越小,体现出更好的经济性。最后,通过工程实例充分地验证了该减震设计方法的正确性与实用性。     

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。     

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。     

附设粘滞阻尼器的传统风格建筑钢结构双梁-柱节点动力试验研究

将减震技术应用到传统风格建筑钢结构中,在梁-柱节点位置以粘滞阻尼器替代“雀替”。设计了三个传统风格建筑钢结构双梁-柱节点,包括两个附设粘滞阻尼器的节点试件和一个无阻尼器的对比节点试件,模型比例均为1∶2.6。通过周期性动力加载试验研究了滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力以及刚度退化等抗震性能指标。试验结果表明:附设粘滞阻尼器的传统风格建筑钢结构节点试件的滞回曲线更加饱满,耗能能力优于无阻尼器的对比节点试件,峰值荷载相比提高了34%~46%;各节点试件的位移延性系数介于1.79~1.96,表明附设粘滞阻尼器对节点试件位移延性系数的影响较小;有控节点的等效粘滞阻尼系数是无控节点的1.1~1.5倍,说明设置于梁-柱节点处的粘滞阻尼器发挥了良好的抗震性能。     

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。     

高烈度区连续梁桥减震的粘滞阻尼器参数分析

连续梁桥应用广泛,其损害占据桥梁工程地震灾害中的重要部分,有必要对连续梁桥进行专门的抗震设计,而安装粘滞阻尼器是改善桥梁结构抗震性能的有效手段之一。本文以位于地震高烈度区的太白大桥为例,通过有限元计算研究了设置粘滞阻尼器对预应力混凝土连续梁桥地震响应的影响,并重点针对阻尼器的阻尼系数和速度指数进行了参数分析。结果表明：设置阻尼器后,固定墩墩底弯矩、边墩主梁相对位移都显著减小;各墩受力更趋均匀;阻尼器阻尼力随阻尼系数C增大而增大,随速度指数α增大而减小。所得结论可供高烈度区连续梁桥的减震设计参考。     

粘滞阻尼器减震结构的非线性动力分析

基于结构空间杆系-层模型,推导了粘滞阻尼器减震结构的附加阻尼矩阵、动力平衡方程和相对能量方程。在高层建筑结构动力分析程序HBTA中增加对粘滞阻尼器减震结构的非线性动力分析。通过具体算例,验证了本文所建议动力分析方法的正确性,并考察了粘滞阻尼器对结构的减震效果。HBTA程序可以反映结构构件和粘滞阻尼器的内力和变形。对同时包含位移相关非线性和速度相关非线性的结构动力分析做了有益尝试。     

粘弹性消能结构的抗震设计反应谱及其工程应用

探讨了结构阻尼比、刚度的变化对地震反应的影响，研究表明，阻尼增加对结构的动力反应有明显的减小效果，刚度增加虽能有效地控制结构的位移反应，但不能有效地抑制结构的加速度反应；在总结分析已有研究成果的基础上，结合抗震规范，给出了安装粘弹性阻尼器后结构的抗震设计反应谱；最后，阐述了粘弹性消能结构的减震设计方法和步骤，给出了实际工程结构安装粘弹性阻尼器后的地震反应计算结果，计算表明，层间位移和加速度反应较原结构减小明显。     

基于局部平稳法的粘滞阻尼被动控制结构抗震可靠度分析

针对基于确定性激励的被动控制装置参数设计不具有普遍性的问题,提出了粘滞阻尼被动控制结构在一般非平稳随机地震动作用下抗震可靠度分析的局部平稳法。首先基于非平稳随机过程的局部平稳小波模型,提出了适用于临界阻尼比较大的粘滞阻尼被动控制结构的非平稳地震动输入-多自由度（受控）结构位移响应输出的功率谱关系。其次,根据超越过程的Markov过程假定及各阶响应谱矩,得到了受控结构层间位移的动力可靠度。数值分析结果表明：粘滞阻尼器在不同层间的配置,对受控结构的层间动力可靠度有显著影响。最后,以一个6层剪切型多自由度结构为例,对比了Monte Carlo模拟估计与本文所提方法计算的结构动力可靠度,验证了该方法的可靠性与高效性。     

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。