高架桥纵向水平地震反应与控制

探讨了高架桥结构多自由度体系纵向地震反应LQR(LinearQuadraticRegulator)半主动控制算法以及计算模型,并利用Matlab语言编制的程序对其进行了数值仿真计算.计算结果表明,将隔震技术与利用MR阻尼器的半主动控制技术相结合,能够有效地减小高架桥的地震反应.并且指出MR阻尼器的设置位置以及结构的参数对控制效果有较大影响;当控制器设置于相邻梁体之间时,在地震作用下主梁与桥墩的位移幅值均有较大降低;当控制器设置于梁体和桥墩之间时,主梁的位移幅值有所降低,但控制效果较小.     

基于行人舒适度的大跨度飞燕式钢管拱桥设计参数研究

以某大跨度飞燕式钢管混凝土拱桥结构阻尼比、吊杆数量、吊杆形式、拱肋倾角、桥面板类型、横梁刚度等主要设计参数为研究对象,采用车桥耦合振动计算软件VBC,分析了不同条件下桥梁结构振动及行人舒适度指标,得到了各种设计参数对行人舒适度的影响,可供类似工程设计参考。结果表明,拱上立柱和吊杆数量、拱肋平面倾角(设置风撑)、吊杆布置形式等设计参数对行人舒适度无明显影响;阻尼比、钢端横梁刚度、普通钢横梁刚度越大,结构振动越小;采用混凝土桥面板比采用钢桥面板结构振动小;设置风撑对人行道振动有一定抑制作用。     

斜拉索耦合振动模型及其参数分析

考虑支撑构件对斜拉索参数振动的影响,从整体振动角度研究斜拉索的非线性参数振动特性,提出一个耦合索支撑结构模型.该模型既考虑了斜拉索的几何非线性,也考虑了支撑构件的运动对斜拉索振动的影响.应用多尺度法对该模型进行摄动分析,得到该模型参数振动时的激励频率及稳定区域边界,讨论模型质量比、刚度比和倾角等参数对幅频响应及稳定性的影响.研究表明,索的非线性参数振动特性并不随质量比和刚度比单调递增,而是存在某一临界值,使索的非线性参数振动特性最大化;随着倾斜角度的增加,索的非线性参数振动特性是单调递增.     

组合结构维修机库阻尼比对地震响应的影响

为研究组合结构维修机库的阻尼比及其对结构地震响应的影响,依据位能加权平均法编制了程序,计算了3种不同跨度的网架屋盖维修机库的阻尼比,考察了混凝土柱支承刚度对整体结构阻尼比的影响,并对比分析了按计算阻尼比与工程阻尼比计算结构地震响应的差异.结果表明,网架维修机库的整体阻尼比为0.0215～0.0235,小于实际工程计算中采用的假定阻尼比(工程阻尼比)0.03;对混凝土柱支承的跨度在100 m以上采用双层网架维修机库,建议结构整体阻尼比可取为0.023左右;柱支承刚度对阻尼比取值有一定影响,但不显著;按工程阻尼比计算的地震响应比按计算阻尼比计算的地震响应小10%～20%,因此按协同工作分析结构地震响应时,必须具体分析体系的整体阻尼比,确保计算合理可靠.     

汽车主减速器非线性振动特性仿真

研究了汽车主减速器主传动齿轮的振动特性,考虑汽车主减速器传动中的齿侧间隙、时变啮合刚度、啮合冲击等非线性因素,建立变参数、弯扭耦合的8自由度非线性动力学模型,分析了主减速器周期、拟周期、混沌等3种典型振动形态,并对不同参数对系统非线性动态响应特性的影响及系统参数与关联维数、最大Lyapunov指数等非线性特征量之间的关系进行了仿真研究.结果表明,激励频率、刚度比、阻尼比等参数的变化对主减速器振动形态的影响形式有一定的规律性,非线性特征量对于主减速器振动特性具有足够的敏感度,能够表征主减速器的不同振动形态,并通过对实测3类主减速器振动信号的分析进一步验证了该结论.     

阻尼连接相邻结构减震优化分析

利用阻尼器连接相邻结构可减小结构地震反应,阻尼器参数的确定是减震设计的关键.将相邻结构简化为粘滞阻尼器连接的两单自由度体系,根据随机地震反应理论,以相邻结构的频率比、质量比为参数,推导了结构位移反应均方值与连接阻尼参数的关系式,分析了相邻结构的地震反应与频率比、质量比以及连接阻尼比的影响规律,得到了连接阻尼器的优化设计参数范围.最后在El Centro波、Taft波和某人工波激励下,对比分析了某相邻10层建筑结构在有阻尼连接和无阻尼连接时的地震反应,表明根据优化参数采用粘滞阻尼器连接相邻结构具有较好的减震效果,但相邻两结构不能同时达到最优减震效果,设计时应根据主结构、次结构或整体结构体系地震反应最小为目标来进行连接阻尼器的设计.     

高烈度地震区桥墩加固方案的选择

以反应谱分析为例,推导了桥墩地震力与刚度的关系,并绘制地震力—刚度关系曲线图,证明在地震作用下,桥墩地震力会随其刚度的增大而激增。以某大桥为实例,针对桥墩缺陷位置提出了2种加固设计方案,分别计算2方案的地震响应和墩身、桩基的内力变化,指出了增加桥墩刚度对桩基的不利影响,提出高烈度地震区桥墩加固应优选不改变结构刚度的加固方案。     

双柱墩地震反应的轴力刚度耦合作用

地震作用下钢筋混凝土双柱桥墩产生的动轴力不仅会改变桥墩的屈服强度,而且也会相应地改变桥墩的刚度,但目前广泛使用的集中塑性模型一般并未考虑这种轴力-刚度的耦合作用。以自动计入轴力-强度及轴力-刚度耦合作用的纤维模型分析结果为基准,研究了轴力-刚度耦合作用对钢筋混凝土双柱桥墩地震反应的影响。结果表明,轴力-刚度耦合作用对双柱墩弹性阶段的反应有较大影响,但不改变结构的极限承载力;由于拉压桥墩的刚度互为消长,等高双柱墩的地震位移响应在不计轴力-刚度的耦合作用时与实际情况只略有差异,但墩柱弹性内力响应则会被较大地低估;不等高双柱墩的刚度受较矮侧桥墩控制,因此轴力-刚度的耦合作用对结构的地震位移响应和弹性内力响应都有明显影响,桥梁不规则性越大影响越显著,在进行结构分析时不能忽视这一因素的影响。     

单层厂房横向地震反应的行进波效应(II)——无山墙厂房

推导出无山墙单层厂房在行进波作用下横向地震反应的拟静态反应及动态反应的计算公式 ,并分析了柱刚度、屋盖刚度及地震波在场地中的传播速度对厂房地震反应的影响     

单层厂房横向地震反应的行进波效应（Ⅱ）无山墙厂房

推导出无山墙单层厂房在行进作用下横向地震反应的拟静态反应及动态反应的计算公式,并分析了柱刚度、屋盖刚度及地震波在场地中的传播速度对厂房地震反应的影响。     

锻锤隔振基础动力特性实例分析

为了解决锻锤工作时冲击振动对环境的危害,以带混凝土配重块的锻锤隔振基础为例,从工程应用角度出发,根据振动理论建立了两自由度锻锤隔振基础体系模型,运用线性加速度方法计算冲击振动作用下的基础振动响应.同时还针对力学模型中的质量、刚度和阻尼等动力参数进行优化分析,并运用有限元方法分析混凝土配重块的冲击应力分布状况.锻锤隔振基础优化后的动态参数为:质量比60～ 110,隔振频率2.5～4.0 Hz,阻尼比0.2～0.3.     

斜拉索-调谐质量阻尼器系统复模态分析

针对斜拉索减振常用黏滞阻尼器的一些不利因素如安装位置、刚度、耦合运动等,提出斜拉索-调谐质量阻尼器(TMD)系统的减振模型,运用复模态方法分析得到以超越方程形式表达的系统自由振动阻尼特性的解析形式,采用数值方法求得系统最优模态阻尼比和阻尼器最优设计参数的近似解析解．结果表明:斜拉索振动的TMD减振策略能有效克服常用的理想阻尼器安装位置在拉索端部的局限,新的TMD设计参数优化方法同时考虑了TMD系统刚度、质量、阻尼等参数对减振系统模态阻尼比的影响,是适合工程应用的斜拉索减振模型．     

影响钢管混凝土组合桥墩抗震性能的结构参数

为了研究钢管混凝土（CFST）组合桥墩的抗震性能,对5个桥墩试件进行低周反复加载试验,研究轴压比、配箍率、纵筋率和剪跨比对试件骨架曲线、承载能力、位移延性、刚度退化和耗能能力的影响. 建立有限元模型模拟钢管混凝土组合桥墩在水平反复荷载作用下的滞回性能,数值计算结果与试验实测值吻合较好. 采用该有限元模型扩充结构参数范围,进一步分析各参数对组合桥墩抗震性能的影响. 试验及数值模拟结果表明：组合桥墩试件的水平侧移刚度和承载力随轴压比的增加而提高,但位移延性和耗能能力变差;提高配箍率或纵筋率均可改善组合桥墩的抗震性能;剪跨比是影响试件破坏模式的重要因素,随着剪跨比的增加,试件的水平承载力和侧移刚度降低,但变形和耗能能力明显提高.     

竖弯涡振控制的调谐质量阻尼器TMD参数优化设计

针对传统调谐质量阻尼器(TMD)的参数优化方法中无法考虑涡激气动力的气动阻尼和气动刚度效应这一问题,通过“类半带宽法”识别线性涡激力模型中相关气动参数,提出考虑涡激力气动阻尼和气动刚度效应的TMD参数优化设计理论模型.以厦漳跨海大桥为工程背景优化设计了用于涡振控制的TMD参数,研究涡激力气动阻尼和气动刚度对TMD最优频率比和阻尼比的影响,并通过风洞试验验证了TMD的涡振控制效果.研究发现,涡激力的气动阻尼和气动刚度效应会对用于涡振控制的TMD最优频率比和阻尼比产生一定的影响,从而影响最终的涡振控制效果.     

钢筋混凝土桥墩拟静力正交试验及数值模拟

为系统研究多参数组合对圆形钢筋混凝土桥墩延性抗震性能的影响,建立较可靠的数值分析模型,开展了以墩高(剪跨比)、纵筋率、轴压比、配箍率为因素的四因素三水平圆形钢筋混凝土桥墩拟静力弯曲破坏正交试验,并基于OpenSees纤维模型及等效塑性铰模型对试验桥墩的骨架曲线、滞回性能进行数值分析.结果表明:试验桥墩位移延性为5.3～...     

主动控制的高精度隔振平台的仿真

高精度隔振平台以的环境微振动干扰是复杂的,因此研究了隔振平台动力学和主动控制方案,对复杂振动环境下采用电磁力控制的高精度隔振平台作了计算机仿真,根据仿真结果,比较了平台系统各参数对平台主动和被动隔振效果的影响。     

悬索桥断索动力响应有限元模型参数研究

采用有限元方法（FEM）建立考虑主缆局部振动影响因素的悬索桥断索动力分析模型,研究主缆局部振动对悬索桥断索动力响应的影响程度. 对主缆物理抗弯刚度、单元网格密度、索夹质量、模型阻尼比以及吊索应力初始状态等因素进行参数分析,给出提高计算结果精度的建议. 结果表明：在进行悬索桥断索动力分析时,主缆局部振动对计算结果精度具有不可忽略的影响;有限元模型中主缆物理弯曲刚度、单元网格密度和索夹质量均是影响主缆局部振动的关键参数. 结构整体模态阻尼和主缆局部阻尼均能有效抑制断索点主缆振动,分析模型须考虑局部主缆单元阻尼和结构整体模态阻尼的差异. 结构断索动力响应随着断裂吊索初始应力增大而增大,结构断索响应动力放大系数变化幅度不大.     

考虑桩体剪切变形的分数导数黏弹性土层中单桩水平振动

建立了分数导数黏弹性（FDV）土层的水平振动控制方程,在Novak平面应变假定的基础上,求得FDV土体的水平动力等效刚度和阻尼.利用等效Winkler动力弹簧-阻尼器模型描述桩基和土体之间的动力相互作用,将桩体简化为Timoshenko梁模型,在同时考虑桩体弯曲和剪切变形的情况下建立了单桩水平振动的控制方程,求得了考虑桩体剪切变形的FDV土层中单桩的水平动力阻抗,讨论了分数导数的阶数、土体本构模型参数和桩体剪力形状系数对桩顶水平动力阻抗的影响.研究表明：对FDV土层中单桩的水平动力阻抗,采用Euler梁模型和Timoshenko梁模型得到的结果存在较大差异;分数导数的阶数主要对桩顶水平动力阻抗随频率变化曲线的峰值有的影响;FDV土体本构模型参数Tσ/Tε越小,桩顶的水平动力阻抗越大.桩体剪力变形系数对桩顶水平动力阻抗有较大影响.     

聚氨酯-橡胶复合阻尼材料减振优化设计

隔离自由阻尼是在传统的自由阻尼结构上建立起来的一种减振处理方法。本文以隔离自由阻尼理论为基础,提出以硬质聚氨酯泡沫作为隔离层、橡胶为阻尼层制备成用于抑制结构振动的聚氨酯-橡胶隔离复合阻尼材料。利用模态叠加原理和Lagrange方程,在考虑阻尼层剪切变形的基础上,推导出了隔离自由阻尼悬臂梁的控制方程。在钢板悬臂梁上敷设隔离层与阻尼层厚度比值为1～3以及具有分段式隔离层的聚氨酯-橡胶复合阻尼材料,并通过单点锤击实验从幅频曲线、复合损耗因子、模态频率等方面对悬臂梁模型的减振性能进行了对比分析。结果表明：隔离层与阻尼层的厚度比值由1增加至3时,模型的振动响应峰值降低了13%～62%,同时损耗因子明显升高;当厚度比超过1.5时,材料对模型低阶模态的减振效果持续提高,而高阶模态的减振效果趋于稳定;分段式隔离层的设计降低了隔离层的抗弯刚度,扩大了阻尼的层的处理面积,模型振动响应峰值降低了27%以上,且并未显著增加阻尼处理的附加质量。研究结果揭示出：在聚氨酯-橡胶隔离复合阻尼材料的阻尼层厚度不变的情况下,增大隔离层与阻尼层的厚度比有助于提高复合阻尼材料的减振性能;分段式隔离层的设计在此之上能够进一步改善复合材料的阻尼性能。