设置Ved的框架结构控制空间协同工作分析方法

Ved（粘弹性阻尼器）是抗震被动控制中一种十分有效的耗能减震装置。本文根据粘弹性阻尼材料的应力－应变关系,推导了粘弹性阻尼器和人字型支撑的组合层间单元刚度矩阵以及单元控制力向量;并基于框架结构的空间特性,建立了设置Wed框架结构在考虑空间协同分析基础上地震反应时程分析的控制方法;最后,应用本文的方法,对设置粘弹性阻尼器人字型支撑的钢筋混凝土框架结构进行了结构地震反应时程分析,并根据计算结果对其减震效果进行了分析讨论。     

粘弹性减震控制结构随机状态反应分析

利用粘弹性阻尼器进行结构的减震控制是最为常用的被动控制方法,对粘弹性减震控制结构动力反应分析中较多的研究集中于确定性的地震激励分析,然而确定性的地震激励不具有代表性.为此,本文对粘弹性减震控制结构进行了随机状态反应分析,在平稳过滤白噪声激励下建立了减震控制结构的状态方程,然后导出了减震控制结构的位移谱密度反应.通过对加有粘弹性阻尼器的八层框架结构进行实例分析,分析结果表明:具有代表性激励的随机振动方法能准确的分析粘弹性减震控制结构的动力反应,同时谱密度反应的对比结果表明粘弹性阻尼器具有优良的减震效果.     

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。     

多自由度一般积分型粘弹性阻尼减震结构的 随机响应与等效阻尼

该文对任意多自由度带支撑一般积分型粘滞和粘弹性阻尼器减震结构的随机响应与等效阻尼比的解析分析法进行了系统研究。首先建立了结构一般运动方程;然后将运动方程化为振型广义坐标的微分和积分混合地震响应方程组;继而基于多自由度随机平均法理论,获得了结构随机平均Itô方程组的解析式,推导出耗能结构各振型振子的振幅与相位瞬态联合概率密度函数、位移与速度瞬态联合概率密度函数、位移与速度瞬态响应方差的一般解析解;最后,基于与多自由度随机平均法分析完全相同的等效准则,建立了耗能结构各振型等效阻尼比的一般解析式,并根据CQC和SRSS组合方法,建立了耗能结构随机地震响应方差的解析式,给出了带支撑广义Maxwell阻尼器和广义微分模型阻尼器减震结构随机响应和各振型等效阻尼比的一般解析式,通过与一些典型问题的模态应变能法的计算精度对比分析,表明了所提方法的有效性,使耗能结构可直接应用反应谱法进行设计,从而建立了带支撑任意线性粘滞和粘弹性阻尼器一般耗能结构随机响应与特性等效阻尼分析的完备解析解法。     

粘弹性阻尼器在结构减震控制中的位置优化研究

提出一种粘弹性阻尼器优化设置的新型优化数学模型,同时考虑了地震作用下的三种结构控制指标.首先假定优化模型的五种加权系数组合,在阻尼器数量一定的前提下,利用遗传算法对不同形式的结构在四类场地条件地震动作用下的粘弹性阻尼器进行位置优化.然后引入两个性能评价指标,对五种系数组合情况时阻尼器最优布置下的结构反应进行分析研究,使阻尼器布置方案能体现综合控制效果上的最优,得到不同情况下加权系数的建议取值组合.数值算例验证了新模型的有效性,最后,对粘弹性阻尼器优化布置方面提出几点有意义的结论.     

芯筒式双法兰刚性连接平面及减震框架试验对比分析

该文提出一种芯筒式双法兰刚性连接平面钢框架及其减震框架,设计并完成了两种框架的子结构拟动力试验,通过对比分析两榀框架的滞回性能、典型部位应变变化、抗侧刚度、耗能能力等指标,研究该类框架的抗震性能。结果表明:在8度多遇及设防地震作用下,中间柱型摩擦阻尼器可以提供刚度,控制层间位移角,减轻甚至避免结构塑性损伤;在8度罕遇、8度(0.30 g)罕遇、9度罕遇地震作用下,中间柱型摩擦阻尼器进行滑移摩擦耗能,耗能能力稳定,有效延缓结构塑性损伤,减震框架结构刚度、耗能能力均优于平面框架,平面框架和减震框架芯筒式双法兰刚性连接节点抗震性能良好且减震框架节点抗震性能优于平面框架。     

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。     

工程结构采用粘弹性阻尼器的反应谱设计理论研究

根据先前研究成果并结合抗震规范，给出了安装粘弹性阻尼器后结构的地震影响系数的修正计算公式：探讨规范反应谱分析阻尼结构的方法，分析了阻尼变化对位移、速度和加速度反应谱的影响，建立考虑阻尼影响的三种反应谱之间的关系，最后给出了粘弹性消能结构的减震设计方法。     

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。     

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。     

SMA阻尼器控制单自由度结构在地震激励下的平稳随机振动研究

对安装有超弹性形状记忆合金(shapememoryalloy,简称SMA)阻尼器的单自由度结构在地震激励下的平稳随机振动进行了理论研究:假定地震地面运动是具有平稳过滤有色噪声模型的随机过程,确定了与《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)相对应的随机地震动模型参数(平稳持时和谱强度因子);建立了SMA阻尼器控制的单自由度结构在平稳地震动过程下的状态方程,并采用随机等价线性化法推导了其平稳反应公式以及基于首超破坏准则的结构动力可靠性公式;通过算例,证明了随机振动解析式是可行的,并指出SMA阻尼器能消耗地震能量,从而有效抑制结构的振动,增加结构动力可靠性。     

磁流变阻尼器与拉索振动控制研究

磁流变阻尼器是一种新型智能装置,具有阻尼力连续逆顺可调并且可调范围大、良好的温度稳定性以及很好的耗能减振等特点,因而在拉索振动控制中较其它阻尼器具有显著的优势.本文总结介绍了自2000年以来应用磁流变阻尼器抑制拉索振动方面的主要研究成果.进行了拉索-磁流变阻尼器系统的减振性能仿真研究,得到了拉索模态阻尼比与阻尼器安装高度、输入电压等参数的关系,提出了应用磁流变阻尼器进行拉索振动控制的数学模型和工程实用设计方法.开展多次现场试验研究,全面评估了磁流变阻尼器的实际减振性能.开发了磁流变式拉索减振新技术,并已于2002年在岳阳洞庭湖大桥全桥实施.作者发明了一种永磁调节式磁流变阻尼器,解决了供电无保证时磁流变阻尼器的应用问题;并将其应用于长沙洪山大桥的拉索减振.近4年来显示了磁流变阻尼器对拉索良好的减振效果.     

圆筒式粘弹性阻尼器的试验研究及工程应用

开发研制了圆筒式粘弹性阻尼器，从振动控制的角度出发，通过试验，探讨了其力学性能随环境温度、激振频率、变形幅值和滞回圈数等因素的变化规律；结合实际工程，给出了工程结构安装了圆筒式粘弹性阻尼器后的地震反应计算方法和主要计算结果，计算表明，结构安装粘弹性阻尼器后，层间位移和加速度较原结构减小明显。     

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。     

黏弹性隔震系统非均匀与完全非平稳地震响应解析分析

为建立设置支撑的实用黏弹性阻尼器耗能结构及阻尼器系统的抗震动力可靠度分析方法,提出了在非扩阶空间上,基于非均匀和完全非平稳地震激励下,设置支撑的实用黏弹性阻尼器耗能隔震系统响应的通用解析解。对于设置支撑的实用黏弹性阻尼器做等效变换,并建立隔震结构系统的运动方程,在非扩阶空间上获得系统在任意激励和非零初始条件下瞬态响应的非正交模态叠加精确解。基于地震动的强度非平稳和频率非平稳,获得了耗能隔震结构位移、速度,阻尼器受力、受力速度,支撑位移、速度以及阻尼器位移、速度的非平稳均方响应通用解析表达式,并具体得到经典均匀与非均匀调制非平稳随机地震激励和C-P完全非平稳地震动功率谱模型的具体响应解析解。通过结构系统各响应基于该方法的频响函数与直接求解的频响函数对比验证了该方法的正确性。该分析方法的建立为设置支撑的实用黏弹性阻尼器耗能结构及阻尼器系统的抗震动力可靠度分析乃至抗震设计方法的研究提供了一套新的分析途径。     

Rhombus and hexagon mechanism damper system

Abstract

Seismic dampers have become common for industrial and public buildings in recent years. Space design problem arises when dampers are installed as panel bracings. To address this problem, designers often install the dampers at span corners to avoid the space design problem. Still, some disadvantages, such as seismic force absorption by the dampers being too small due to the small relative displacements at the corners, remain. Rhombus and hexagon mechanism damper systems are described and proposed in the study. The main goal of the rhombus mechanism damper system is to magnify the relative displacement at the damper location and, then, increase the energy dissipation capacity, and the hexagon mechanism damper system can achieve the same goal as well. It can be proven that the proposed hexagon mechanism can perform the same functions as the rhombus mechanism presented. Furthermore, a damper with a bigger capacity can be installed in a hexagon mechanism to enhance the efficiency of dissipating the seismic induced energy. The performance of the hexagon mechanism damper system was examined through cyclic dynamic tests by using a hydraulic test machine to determine the behavior of the proposed hexagon damper system. Some numerical structural control examples of structures with the rhombus mechanism damper system installed are presented to show the control efficiency of the proposed structural control method.     

外挂墙板采用耗能连接钢框架结构抗震性能研究

提出一种适用于钢框架和整间外挂墙板间的耗能连接方式。为研究这一连接方式对钢框架抗震性能的影响,对两榀分别采用X型和U型钢板消能器作为耗能连接的钢框架和一榀作为对比的纯钢框架试件进行了拟静力试验研究,并对所采用的两种消能器进行了拟静力试验研究。结果表明：X型钢板消能器疲劳加载阶段发生核心板局部屈曲,最终核心板在根部发生疲劳断裂;U型钢板消能器整个加载过程中仅出现轻微裂纹,疲劳性能较好;两种消能器滞回环均较为饱满,均存在屈服后强化现象。由于核心板的薄膜效应,X型钢板消能器强化更明显;三榀钢框架试件的破坏模式相同,外挂墙板和耗能连接未改变钢框架本身的损伤机制;试件GKJ-1由于X型钢板消能器的薄膜效应,导致外挂板在加载后期受拉产生裂缝,且最终一侧螺栓被剪断而破坏;试件GKJ-2加载结束后消能器未出现任何破坏现象,外挂板也未发现任何破坏现象;采用耗能连接的外挂墙板对钢框架的初始刚度、承载力和耗能能力均有一定程度贡献。     

钢铅粘弹性阻尼器试验研究

研制开发了一种钢铅粘弹性阻尼器,介绍了该种阻尼器的构造、耗能机理及特点,设计出钢铅粘弹性阻尼器试验模型,利用压剪试验机完成阻尼器试验模型在不同幅值下的低周反复荷载试验,采用Bouc-Wen 模型和双线性模型模拟了钢铅粘弹性阻尼器的滞回性能。研究结果表明:1) 钢铅粘弹性阻尼器滞回曲线光滑饱满,具有良好的耗能性能;2) 铅芯、钢芯和粘弹性材料在剪切变形过程中发挥了良好作用,提高了阻尼器水平剪力、初始刚度和耗能能力;3) 阻尼器在大变形过程没有出现粘弹性材料外鼓和撕裂现象,并能恢复到原始加载位置,其具有较好的大变形能力和自恢复性能;4) Bouc-Wen模型、双线性模型模拟的滞回曲线与试验滞回曲线吻合的较好,分析时采用Bouc-Wen模型、双线性模型模拟阻尼器的滞回性能是可行的。     

平面张弦结构粘弹性阻尼器振动控制研究

该文针对采用粘弹性阻尼器替换平面张弦结构跨中撑杆的振动控制方法,开展理论分析和数值仿真研究,揭示其振动控制机理,阐明振动控制效果。推导了上弦节点静力位移公式并推广至动力分析,结合撑杆动力学方程,揭示了粘弹性阻尼器替换平面张弦结构跨中撑杆振动控制耗能机理以及阻尼器刚度系数K与阻尼系数C对结构耗能效果的影响规律,依据耗能最大原则提出了实现最佳减振效果的阻尼器参数取值依据和方法。基于该文提出的刚度系数与阻尼系数取值方法,针对跨度60 m、100 m的张弦梁结构开展了粘弹性阻尼器替换张弦梁结构跨中撑杆参数化数值仿真。由参数化仿真可知,结构峰值加速度、峰值位移和峰值索内应力最大减振效果分别可达42.58%、30.54%和39.05%。减振结构可以满足结构安全以及正常使用需求。证明了粘弹性阻尼器替换平面张弦结构跨中撑杆是有效的振动控制方法,验证了该文提出的振动控制机理的有效性和阻尼器参数取值方法的适用性。     

受粘弹阻尼器控制的轴向移动弦系统动态特性分析

研究了用粘弹阻尼器控制的弦系统的动态特性,将分布传递函数方法用于粘弹材料结构,给出了受粘弹阻尼器约束的轴向率系统的传递函数。系统频率响应分析表明,由粘弹阻尼棒构成的阻尼器既能大大降低弦的振动幅值,又能够在较大的范围内调整系统的共振频率,从而使系统能更好地以满足预定要求。