极端地震下惯容器-弹簧-阻尼装置对隔震结构减震效果研究

通常在隔震层附加黏滞阻尼系统以增加阻尼从而减少大震下的隔震层位移,但可能带来结构加速度响应的增加,故在减少隔震层位移与加速度响应增加这两者间需要平衡。将惯容器-弹簧-阻尼装置(ISD)应用于隔震结构受极端地震作用时抑制过大的隔震层位移,同时控制加速度响应的增加,ISD装置由惯容器串联弹簧单元和阻尼单元构成,该装置具备放大表观质量和对主系结构进行调谐。基于定点理论推导了无阻尼单自由度体系受简谐荷载作用时的ISD最优参数封闭解,且对全频段最大值的控制效果好于既有文献的优化解。采用一栋6层隔震建筑为例进一步检验ISD的控制效果,分别附加ISD和线性黏滞阻尼器(LVD)在隔震层,ISD的参数由定点理论推导的最优解确定,从而进行极罕遇地震水准下的性能对比分析。算例结果表明,ISD装置性能优于LVD,ISD装置能更有效地改善极罕遇地震下的结构性能状况,在减少隔震层位移的同时也能减轻加速度响应,结构楼层剪力与倾覆弯矩有所降低。     

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。     

隔震结构基于阻尼负刚度装置的地震响应研究

基于负刚度原理设计了一种利用预压弹簧和斜向转动提供与位移变形方向一致荷载,实现负刚度效应的阻尼负刚度装置,并对其进行了参数影响分析;对负刚度装置进行力学模型验证试验,试验结果表明理论力学模型与试验力学模型吻合较好;通过双线性与负刚度模型得到附带阻尼负刚度装置隔震系统力学模型;对阻尼负刚度隔震结构进行长短周期地震响应分析,结果表明该装置不仅能够减小长短周期地震作用下上部结构的加速度响应,而且可控制隔震层的位移响应,提升了隔震效率。     

摩擦摆基础滑移隔震框架结构理论研究

为研究摩擦摆基础滑移隔震框架结构的隔震情况,以摩擦摆系统的理论为基础,选取多层钢筋混凝土框架结构为研究对象,采用有限元软件SAP 2000进行模型建立、工况定义、模型分析和数据提取。比较基础固定结构和基础滑移隔震结构在地震作用下的反应特性,如自振周期、楼层最大加速度反应、层间位移、层间剪力,分析其减震效果。研究结果表明: 合理设置隔震层的参数,公式计算结果与程序分析结果吻合较好,摩擦摆隔震系统具有明显的减震效果,大大降低地震作用下的结构的峰值反应包括自振周期、加速度反应、层间位移和层间剪力,某些减震率甚至超过90 %.     

软土层场地复杂地铁地下车站结构地震反应分析

软土层对地下结构的地震反应具有重要影响,以往已对软土地基中规则矩形地铁地下车站结构的地震反应进行过研究,其规律对于复杂截面地下结构是否适用还需要进一步探讨。通过考虑车站结构侧向、底部分别存在不同埋深、不同厚度软土层时的27种软土层场地,对上层五跨、下层三跨的新型复杂大型地铁地下车站结构地震反应进行分析,揭示了此类异跨地铁车站结构的地震反应特征,初步给出了软土层埋深、厚度变化对此类车站结构加速度反应、侧向位移反应和地震破坏特征的影响规律。结果表明:异跨车站结构两侧或下方一定范围内存在软土层或将减小结构的加速度反应,而当底板以下20 m深处存在软土层时结构顶板的加速度反应则被大幅放大,约为7.88%～12.72%;异跨车站结构侧向位移沿高度的变化曲线具有明显的"阶梯效应";软土层位于结构侧向时对结构抗震不利,并且当软土层位于下层侧方时结构的动力反应较大,而当软土层位于结构底板下方时能够起到一定的隔震作用。     

使用板式橡胶支座连续梁桥主梁位移控制

为改善使用板式橡胶支座连续梁桥的抗震性能,通过附加黏滞阻尼器进行组合减隔震设计,采用复模态、近似实模态分析方法,研究结构地震响应及阻尼特性。结果表明:黏滞阻尼器提供的附加阻尼能有效降低梁体位移,但同时也导致桥梁具有非经典阻尼特性,主梁位移受非经典阻尼影响较小;黏滞阻尼器能明显提升结构阻尼水平,为有效控制梁体位移,应考虑黏滞阻尼器的合理布设位置,多墩布置优于单墩布置。     

增位型阻尼墙力学模型及跨层减震结构的地震响应分析

提出了一种将增位型黏滞阻尼墙跨层布置的增效耗能减震结构体系。基于能量等效原理,并采用积分的方法建立了增位型阻尼墙的阻尼力和滞回耗能的计算公式,进行了普通黏滞阻尼墙和位移放大3倍的增位型阻尼墙的拟静力试验,在相同的位移幅值和加载频率下,增位型阻尼墙的阻尼力放大4.40倍,耗能平均放大4.41倍。进一步对某30层混凝土框架核心筒结构进行普通阻尼墙与增位型阻尼墙的地震响应对比分析。通过对比分析验证了增位型阻尼墙的减震效果,并且发现增位型阻尼墙跨层布置时的结构附加阻尼比倍数提高,结构响应进一步减小。将增位型阻尼墙跨层布置可取得更优的减震控制效果。     

附加惯容器的层间隔震系统简化分析及地震响应研究

层间隔震技术是一种新的减震控制方法。建立了附加惯容器的层间隔震混合控制系统分析模型,推导了附加惯容器的层间隔震混合控制系统的动力特性公式,分析了模型计算参数对动力特性的影响。建立了基于反应谱的地震响应预测公式,并采用时程分析法进行验证;研究了附加惯容器的层间隔震混合控制系统的响应控制效果,对关键参数的影响进行了分析。研究结果表明:惯容器对层间隔震结构的地震响应具有一定的控制作用,所建立的分析方法能较好预测附加惯容器的层间隔震混合控制系统的地震响应,惯容器可实现对位移及加速度双控制的目标。研究结果可作为附加惯容器的层间隔震结构地震响应预测分析方法,并为层间隔震混合控制系统设计提供参考。     

基础隔震结构的运动方程与阻尼矩阵在动力响应分析中的适用性研究

结构阻尼模型和运动方程是影响结构抗震动力分析精度的关键因素。由于基础隔震结构地震响应具有显著的特殊性,因此普通非隔震结构地震响应算法未必适用。基于这一认识,重点研究基础隔震结构动力分析方法中采用的各种模型,考虑基于不同地震动输入的结构阻尼模型和运动方程。研究发现,采用现有常规方法构造隔震结构阻尼模型时,上部结构会随着隔震支座发生刚体位移时产生阻尼力,这将可能导致计算精度的显著降低。针对这一问题,提出了确定基础隔震结构阻尼矩阵的一般方法,给出了基于上部结构阻尼矩阵和隔震层阻尼常数的通用表达式。采用隔震结构剪切型模型,给出了结构矩阵的解析表达式,并以此为基础进行了算例验证。研究结果表明,目前常用的隔震结构阻尼模型可能会高估结构的阻尼作用,从而低估结构响应;采用位移输入模型会高估隔震层相对位移、低估上部结构响应,当隔震层等效阻尼比达到0.3时,相对偏差可达到34.6%和-31.1%,而采用位移-速度输入模型可得到与加速度输入模型一致的分析结果,故应采用位移-速度输入模型代替传统的位移输入模型。     

压电摩擦阻尼隔震结构地震响应及控制分析

将压电摩擦阻尼器与叠层橡胶垫组成智能隔震系统，并将其应用于一实例当中，以LQR控制算法作为此套系统的控制算法。应用MATLAB语言编制时程分析程序进行模拟地震情况下上部结构的反应，并与非隔震结构及被动隔震结构进行了对比，验证了这套隔震系统的隔震效果。通过分析，文中提出的这套隔震系统能够大大减小地震作用对结构的破坏，在减小层间位移的同时，大大的减小上部结构的最大加速度，同时由于其阻尼力可调的特性，使得这套系统无论是常遇地震还是罕遇地震都能发挥很好的控震效果。