基于复杂三维有限元模型和鱼群算法的平面不规则结构中位移型阻尼器参数和位置的优化方法

平面不规则结构在水平地震作用下由于结构刚心和质心不重合而引起的结构扭转耦联使得结构位移比不满足规范要求。在平面不规则结构中布置位移型阻尼器能有效的减小结构的位移比,但阻尼器的参数和位置直接决定了对结构的扭转反应控制效果。首先设计简单的双向偏心框架结构算例,研究位移型阻尼器布置位置和参数对平面不规则结构扭转响应的控制规律。在此基础上基于基本人工鱼群算法结合有限元软件SAP2000API开发一种针对偏心结构中位移型阻尼器布置的优化模型,模型面向多维多自由度实际有限元结构模型,可同时对结构各层位移型阻尼器的布置位置和参数进行优化。最后,利用该文建立的优化模型对某位移比超限的多层不均匀偏心实际结构中的位移型阻尼器进行优化布置,结果表明该文优化模型计算出的位移型阻尼器布置方案使结构的位移比得到了有效的控制。     

调液阻尼器对偏心结构扭转耦联振动控制的试验研究

通过振动台试验来验证调液阻尼器对偏心结构扭转耦联振动反应的减振效果及理论分析的正确性。设计了一个二层的单向偏心钢结构模型,在结构的顶层放置一个调液柱型阻尼器（TLCD）和一个环形调液阻尼器（CTLCD）并对其参数进行优化设计,在振动台上,分别对结构无控时的反应和设置调液阻尼器后的反应进行试验研究。通过分析结构模型在地震波作用下的加速度和位移响应,结果表明,调液阻尼器能有效抑制结构的在地震作用下的扭转耦联振动,而且同时设置TLCD和CTLCD的减振效果要好于单独采用TLCD或CTLCD时的减振效果。     

位移相关摩擦阻尼器基础隔震结构地震响应分析

考虑了阻尼器中斜坡面反力对位移相关摩擦阻尼器输出力的贡献,从而完善了阻尼器的力学模型,并以一个典型的5层剪切型结构为例,评估了位移相关摩擦阻尼器对橡胶基础隔震结构抗震性能的影响。数值分析表明,位移相关摩擦阻尼器能减小常规地震作用下隔震层的位移响应,但是会增加隔震结构的底层剪力和顶层加速度;在近断层脉冲型地震波作用下,阻尼器能够显著降低隔震层位移,同时对上部结构的地震响应也有较好的抑制作用。此外,位移相关摩擦阻尼器的弹簧初始位移、弹簧刚度和楔块坡面角度这三个参数对隔震结构抗震性能的影响也进行了分析。     

调液阻尼器对偏心结构扭转耦联振动控制的研究

该文利用调液阻尼器来控制偏心结构在地震作用下的扭转耦联振动。首先建立起控制体系的运动方程及时域内的求解方法。以一个8层偏心钢结构为算例,在结构顶层沿两个主轴方向正交放置两个调液柱型阻尼器,并在结构质心处安放一个环形调液阻尼器。基于该文给出的优化目标函数和遗传优化算法,对调液阻尼器的参数进行优化设计。最后对结构输入不同场地类型的地震波,在时域内分析调液阻尼器对结构扭转耦联振动的减振作用。分析结果表明:合理设计调液阻尼器的有关参数,能使其有效控制结构的平-扭耦联振动。     

磁流变阻尼器受控框架结构的空间杆系计算模型

为了分析加入磁流变阻尼器(MRD)框架结构的多维减震性能和扭转振动特性,基于杆系模型建立了MRD受控框架结构的空间杆系计算模型。以十层钢筋混凝土(RC)框架结构为例,采用Matlab软件开发了无控和MRD受控RC框架结构的空间杆系计算模型程序,在地震荷载作用下分别进行了动力时程分析,对未控和有控下框架典型节点X、Y、Z向的位移、加速度时程响应和结构的空间扭转振动响应进行了对比。结果表明,MRD可有效减小RC框架结构的多维位移和加速度时程响应,若阻尼器位置设置不当,将会增大结构的扭转振动响应。结果验证了MRD受控框架结构的空间杆系计算模型及其Matlab程序的正确性和有效性。     

双向水平及扭转调谐质量阻尼器及其减震控制研究

调谐质量阻尼器可以减小地震作用下的结构动力响应,但传统的调谐质量阻尼器在控制结构平移-扭转耦联多维振动方面存在不足。本文提出由调谐质量块、扭转质量块及扭转杠杆等组成的双向水平及扭转调谐质量阻尼器,利用其自身的平移和转动可以实现对结构水平及扭转振动控制。根据该多维调谐质量阻尼器的运动机理,建立了考虑偏心扭转效应的结构减震体系控制运动方程。以一装有多维调谐质量阻尼器的偏心结构为算例,对结构在地震作用下的扭转耦联减震性能进行研究,并对多维调谐质量阻尼器与传统单向调谐质量阻尼器的减震效果进行了对比分析。结果表明：合理布置的多维调谐质量阻尼器能有效降低结构在水平两向及扭转方向的振动,其减震明显优于传统的单向调谐质量阻尼器。     

考虑涡旋效应的圆柱形TLD多维减震效果研究

调谐液体阻尼器可以控制地震作用下的结构动力响应。研究了利用圆柱形调液阻尼器来控制结构在地震作用下的扭转耦联振动。采用薄膜法建立了包含脉冲动压力和对流动压力的调谐液体阻尼器液动压力模型。基于准均匀涡旋理论获得了考虑调谐液体的抗扭力模型。建立了考虑偏心扭转效应的结构控制运动方程。以一装有调谐液体阻尼器的偏心结构为算例,对结构在地震作用下的扭转耦联减震效果进行研究,并分析了调谐液体的脉冲动压力、对流动压力和涡旋抗扭力在减震中的作用。结果表明：合理布置的调液阻尼器能有效控制结构的平-扭耦联振动,不能忽略液体涡旋产生的扭转力。     

颗粒阻尼器对长周期桥梁结构的减震控制效果研究

为了研究颗粒阻尼器在长周期桥梁结构中的减震控制效果及其减震机理,以某典型的非对称独塔自锚式悬索桥为原型,设计制作了该桥的1:20缩尺模型,并设计制作了可用于试验模型的多层隔舱式颗粒阻尼器,对设置颗粒阻尼器前后的模型桥进行地震模拟振动台阵试验。试验结果表明:所提出的多层隔舱式颗粒阻尼器在试验中未出现颗粒堆积现象,其对缩尺模型桥主梁的纵向地震响应具有良好的减震效果,能较大幅度降低主梁位移峰值响应和加速度均方根响应;该型阻尼器能显著增加主梁纵向振动(低频振动方向)的等效阻尼比,且对其纵向振动基频具有较显著的调谐作用;多层隔舱颗粒阻尼器能有效控制长周期桥梁的低频动力响应,可应用于长周期工程结构的减震控制中。     

采用模糊逻辑的半主动摩擦阻尼器对偏心结构的振动控制

采用在结构水平双向设置半主动摩擦阻尼器的方法，对偏心结构在多维地震动作用下的振动控制问题进行了研究。首先运用时程分析法，确定小震作用下摩擦阻尼器较优的初始起滑力。然后在建立起半主动控制策略的基础上，利用Takagi—Sugeno型模糊逻辑调节作用在半主动摩擦阻尼器上的正压力，实现对偏心结构的振动控制。数值结果表明，采用这种方法对减小结构的平动反应和扭转反应都能起到较好的控制效果。     

模型结构的压电摩擦阻尼减振控制试验研究

在压电摩擦阻尼器力学性能试验的基础上,对一安装有压电摩擦阻尼器的模型结构进行了地震模拟振动台试验研究。利用MATLAB/Simulink软件平台和dSPACE软硬件资源,建立了压电摩擦阻尼结构控制系统的仿真模型,采用快速控制原型技术对模型结构进行了地震反应振动台试验。通过振动台试验验证了地震作用下提出的压电摩擦阻尼器和以速度响应为输入的模糊控制方法调节阻尼器控制力的有效性。试验结果表明,提出的压电摩擦阻尼器能够根据结构的响应实时调整阻尼器的摩擦力,可以有效减小模型结构在地震作用下的位移反应和加速度反应。     

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。     

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。     

新型汽车扭振减振器扭振特性试验研究

对一种新型汽车扭振减振器的动态工作特性进行试验研究,通过试验与理论相结合的方法,系统的研究了该减振器动态扭振特性。研究表明：减振器恢复扭矩与扭振振幅成典型的迟滞非线性,而且其动刚度是振幅的非线性函数;阻尼是振幅、频率的非线性函数,阻尼成分较丰富,既有干摩擦阻尼,又有粘性阻尼;建立的恢复扭矩混合阻尼动力学模型能够很好地描述这类非线性扭振减振器的迟滞特性,理论回线与试验回线吻合较好,为优化设计出高性能的汽车扭振减振器提供了理论依据。     

长周期地震作用下考虑碰撞效应的偏心隔震结构损伤性能评价

由于隔震层位移过大或隔震沟间距设置不当会造成偏心隔震建筑结构与周围挡土墙发生碰撞。合理评估扭转耦合效应及碰撞效应对偏心隔震结构损伤性能的影响具有十分重要的意义。建立了单层偏心隔震结构弹塑性侧扭耦合分析模型,并基于Park-Ang损伤指标定义了上部结构的损伤。以近断层地震和远源长周期地震动作为输入,采用弹塑性时程分析方法对单层单向偏心隔震系统进行损伤性能评价。对相关重要参数进行了地震影响分析。研究结果表明与设计地震动相比, 在长周期地震作用下考虑碰撞效应的结构损伤值较高,如果间距设置不当甚至会造成结构损伤失效。上部结构及隔震层偏心会对结构损伤产生不利响应。合理设计隔震沟间距可以保证隔震结构在罕遇地震下不出现失效现象。     

MR阻尼器对建筑结构地震反应的半主动H∞控制

研究应用MR阻尼器对建筑结构地震反应进行半主动控制的算法和原理。介绍了MR阻尼器的恢复力模型,并对其参数进行了设计,提出了基于全状态反馈与基于观测器的半主动H∞ 控制律。通过对装有两个MR阻尼器的六层框架结构的地震反应分析表明,基于这两种半主动控制律的控制方法能有效地减小结构的地震反应,并且具有好的鲁棒性能。     

基于齿轮机构的SMA-摩擦阻尼器试验研究及数值模拟EI北大核心CSCD

基于齿轮机构对形状记忆合金(SMA)丝非比例拉伸的特点,提出了一种新型SMA-摩擦阻尼器,并阐述了该阻尼器的基本构造和工作原理。对SMA丝进行循环拉伸试验,考察了加载幅值、加载速率对其力学性能的影响规律;分别对齿轮摩擦单元和SMA-摩擦阻尼器试件进行了低周往复荷载下的力学性能试验,得到了摩擦材料、预紧力以及位移幅值对单次循环耗能、割线刚度、等效阻尼比和自复位率等力学性能指标的影响规律;建立了SMA-摩擦阻尼器的简化力学模型并进行了数值模拟。研究结果表明:所用复合树脂材料较黄铜材料出力更大,性能更稳定;新型阻尼器具有良好的耗能能力、承载能力及自复位能力,可实现大行程设计;利用OpenSees有限元模型计算得到的滞回曲线与试验曲线吻合较好,验证了力学模型和材料本构二次开发的正确性。     

平面不规则RC框剪结构基于性能的减震设计方法

在引入最不利输入角度的基础上,运用改进的基于多模态推覆分析法对平面不规则RC框剪结构进行减震设计。首先,利用MATLAB小波变换系数法,判别地震动的最不利输入角度;然后,根据结构提出的性能目标,以多模态推覆分析的设计方法为主,结合能力谱法计算结构所需的附加阻尼比,选择相应的粘滞阻尼器,合理布置阻尼器的位置;最后,利用扭转角能力法对比分析原结构和减震结构的抗扭性能。分析结果表明:对于平面不规则RC框剪结构,地震动输入角度对结构的抗震性能有不可忽略的影响;利用改进的基于多模态推覆分析法对结构进行减震设计后可达到预先提出的性能目标,减小结构的扭转位移比,提高结构的抗震性能。     

基于新型自复位摩擦耗能支撑的RC框架结构地震残余变形控制

基于Cu-Al-Be合金丝,研制了一种新型自复位摩擦耗能支撑,通过试验研究了该支撑的滞回性能,并利用OpenSEES平台建立了分析模型,将其应用于RC框架结构的地震残余变形控制。结果表明:摩擦力越大,该支撑耗能性能越好,但相应会增大残余位移;利用OpenSEES分析模型计算的滞回曲线与试验曲线吻合较好,表明所建立的分析模型具有良好的计算精度;在RC框架结构地震残余位移较大处布置该支撑,能够经济有效地控制结构整体的残余位移。