附加阻尼网的斜底式TLD减震控制理论与试验研究

为解决传统调谐液体阻尼器(tuned liquid damper, TLD)中有效阻尼偏小、用水量偏大等问题,提出一种附加阻尼网的斜底式水箱调谐液体阻尼器(damping net and sloped-bottom tuned liquid damper, DNS-TLD),将水箱底面倾斜的TLD与阻尼网有机结合,强化水箱内液体晃动,可提供更大附加阻尼比并降低用水量。建立了附加DNS-TLD结构的力学模型,阐述其减震机制,提出了一种简便估算DNS-TLD总等效阻尼比的方法。通过单层钢框架振动台试验,对比分析了附加DNS-TLD及其他不同类型TLD的减震性能。将试验结果与数值模拟结果进行比较,进一步验证减震规律以及各类TLD总等效阻尼比估算方法的准确性。在此基础上,对附加DNS-TLD的10层钢筋混凝土框架结构进行地震作用下的动力时程分析,验证DNS-TLD对实际结构减震控制的有效性。振动台试验与数值模拟结果均表明,DNS-TLD有效结合了斜底式水箱TLD与阻尼网的优点,表现出更优的阻尼性能,相比于其他类型的TLD,其减震效率更高,鲁棒性和工程适用性更强。     

膜结构风振响应中的流固耦合效应研究进展

对膜结构风振响应中的流固耦合效应进行了探讨,介绍了解决该问题的两种思路:简化气弹模型方法和计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟方法。简化气弹模型方法是先将流固耦合效应用附加质量和气动阻尼的形式来表达,再通过某些近似解析理论和气弹模型风洞试验来确定附加质量和气动阻尼的大小。计算流体力学数值模拟方法则是将计算流体力学技术和计算结构力学技术整合在一个有限元程序中,通过数值模拟得到结构流固耦合响应的全过程信息。基于这两种方法,开展了相应的理论推导、风洞试验和数值模拟工作,获得了关于风与膜结构相互作用机理的一些初步认识。最后提出了一种具有操作性的简化数值分析方法并给出了算例。研究结果表明:流固耦合效应对结构风振响应的影响在多数情况下是有利的,即考虑流固耦合效应的风振响应分析结果要比不考虑流固耦合时小30%左右,但也不排除在某些特殊情况下因出现气弹失稳而导致结构异常破坏的可能性。     

张力膜结构耦合风振分析

实验及计算结果证明,张力膜结构的风振分析必须考虑其与风场间的耦合效应。但到目前为止,还没有一种普遍适用的简化力学模型能较好地对其进行模拟。针对该问题对双坡张力膜屋面利用RNGk-ε模型进行了考虑流固耦合的直接数值模拟,并与实验结果及不考虑耦合的计算结果进行了对比,结果表明该方法可以较好地求解张力膜结构的耦合风振问题。     

考虑屋面板自振效应和流固耦合效应的大跨度空间结构风振系数

为了得到屋面板自振效应和流固耦合效应对大跨度空间结构风振系数的影响,首先对不同风速时程数值模拟方法的计算效率和计算精度进行比较,确定适合大跨度空间结构风速时程数值模拟的方法;分别针对考虑屋面板自振效应和流固耦合效应推导了风荷载计算公式;对天津奥林匹克中心体育场大跨度钢管桁架结构和某体育馆屋盖大跨度单层球面网壳结构进行风振系数计算分析。结果表明,考虑屋面板自振效应,结构风振系数增大;考虑流固耦合效应,结构风振系数减小,且风和结构的耦合起主要作用,风和屋面板耦合的影响很小,可忽略不计;同时考虑屋面板自振效应和流固耦合效应,结构风振系数分布规律基本不变,屋面板自振效应与流固耦合效应对结构风振系数的影响不能相互抵消,且对不同结构影响程度不同。     

可压缩流体渗流的流固耦合问题数值模拟研究

可压缩流体在多孔介质中的流动过程是流体流动和固体变形相互耦合作用的结果,研究多孔介质中流固耦合渗流规律对于完善流固耦合理论以及工程应用有着重要意义.本文在考虑了流体的可压缩性和固体变形影响的前提下,基于流固耦合力学理论,建立了地下水渗流问题的流固耦合数学模型,采用了编制FSC-SP程序的对数学模型进行数值求解.通过数值计算,比较了考虑耦合效应与非耦合效应之间的存在较大差异,这对于实际工程中流固耦合问题的数值模拟有着重要的理论意义和指导意义.     

可压缩流体渗流的流固耦合问题数值模拟研究

可压缩流体在多孔介质中的流动过程是流体流动和固体变形相互耦合作用的结果,研究多孔介质中流固耦合渗流规律对于完善流固耦合理论以及工程应用有着重要意义。本文在考虑了流体的可压缩性和固体变形影响的前提下,基于流固耦合力学理论,建立了地下水渗流问题的流固耦合数学模型,采用了编制FSCSP程序的对数学模型进行数值求解。通过数值计算,比较了考虑耦合效应与非耦合效应之间的存在较大差异,这对于实际工程中流固耦合问题的数值模拟有着重要的理论意义和指导意义。     

调谐液体阻尼器多模态减震实用优化设计方法

对调谐液体阻尼器用于结构地震响应的多模态控制优化设计方法进行分析,并针对优化过程中计算繁杂的问题,以多自由度结构模态叠加思想为基础,提出适用于工程应用的优化求解实用简化方法。通过数值算例,对简化方法所得到的TLD减震效果与未简化结果之间的差异进行比较,验证简化方法的合理性及工程适用性。     

影响流固耦合效应强弱的参数分析

利用ANSYS软件对流固耦合问题进行了参数分析,介绍了流固耦合理论及数值模拟前期成果,基于固定其他影响因素,通过改变影响结构流固耦合效应的风速和风向角,得到了结构的风致振动特性和流固耦合效应的影响规律,对结构—风荷载流固耦合效应的研究有一定参考价值。     

广州淤泥质地层深大基坑开挖中的地层变形特征

软土地区基坑开挖具有明显的时空效应,且极易出现土体变形量过大的情况,进而对周围环境造成不利影响。针对广州某淤泥质地层基坑,采用流固耦合数值模拟的方法对软土地区基坑开挖支护过程中的地表沉降演变规律进行了研究,并通过现场监测数据验证了数值模拟研究的可靠性。     

薄膜结构流固耦合效应的简化数值模拟方法

针对薄膜结构流固耦合问题,提出一种简化数值模拟方法。该方法的基本思想是,将结构风振响应分为平均响应、背景响应和共振响应三部分,在平均响应部分,主要考虑由于结构形状变化所导致的平均风压系数变化,是一个静态过程;在背景响应部分,主要考虑脉动风压的空间相关性对结构振动的影响,是一个拟静态的过程;在共振响应部分,主要考虑脉动风中的高频部分与结构之间的动力耦合作用。相应地,流固耦合过程分为静态耦合、拟静态耦合和瞬态耦合三部分,针对这三个耦合过程的不同性质,采用不同的求解方法。对于静态耦合和拟静态耦合,可以考虑采用CFD方法模拟由变形引起的结构表面风压变化;对于瞬态耦合部分,可以考虑利用随机振动时程分析的方法来研究。应用上述简化数值模拟方法对单向柔性屋盖和鞍形膜结构屋盖进行分析,并将计算结果与直接的数值模拟方法对比,验证简化数值模拟方法的精确性和高效性。     

砂卵石土在动荷载作用下的阻尼比研究

通过对砂卵石土的室内动三轴试验,对饱和砂卵石土的阻尼比动力参数进行深入的研究。主要分析不同围压、不同固结比和不同振动频率对砂卵石土阻尼比影响的变化规律。试验结果表明,动应变对阻尼比有显著影响,阻尼比随着动应变的增大而增大,但随着围压或固结比的增加而减小,同时,阻尼比具有随振动频率的增大而减小的变化规律。     

约束阻尼层在钢桁架振动控制中的应用

讨论了应用约束阻尼层在钢桁架结构中的减振问题,首先给出了粘弹性阻尼材料的基本力学特性和约束阻尼层的两种有限元建模方法,通过ANSYS对一约束阻尼结构采用两种不同的有限元模型进行数值仿真分析比较,给出了在ANSYS中准确模拟这类结构的途径,应用这一建模方法对一钢桁架塔柱安装约束阻尼层减振方案的减振效果进行了数值仿真,计算结果表明,安装约束层后结构前两阶弯曲模态阻尼比有较大提高,但扭转模态的模态阻尼比提高很少,约束阻尼层对钢桁架结构弯曲振动控制效果良好。     

抑制斜拉桥拉索风雨激振的气动措施研究

在驰振理论的基础上,运用带有运动水线的二维拉索模型对风雨激振进行理论分析,得到了拉索发生风雨激振的充分条件、必要条件及临界发散风速。并将此分析方法运用到设有气动措施的拉索上,引入等效阻尼比指标对气动措施减振效果进行定量分析。结合静气动三分力试验和分析计算,对螺旋线、纵向肋条和椭圆环三种气动措施的减振效果进行评价分析,螺旋线、纵向肋条的减振效果好于椭圆环。通过人工降雨试验,对气动措施减振效果的分析方法进行检验。     

电涡流惯质阻尼器对斜拉索振动控制研究

为提升传统被动黏滞阻尼器(VD)对斜拉索的减振效果,提出一种融合旋转式电涡流阻尼技术与滚珠丝杠两节点惯质单元的电涡流惯质阻尼器(ECIMD)斜拉索减振新方法。首先研制阻尼系数和惯性质量均可调的ECIMD样机,基于力学性能测试结果辨识ECIMD力学模型参数;然后开展ECIMD对模型拉索减振试验,获得ECIMD阻尼系数和惯性质量对拉索前3阶附加模态阻尼比的影响规律;接着采用有限差分法建立考虑拉索垂度、抗弯刚度及边界条件影响的斜拉索-ECIMD系统分析模型,对比分析斜拉索附加模态阻尼比的数值预测与相应试验结果;最后开展ECIMD对斜拉索多模态减振参数优化研究。研究结果表明：ECIMD的等效电涡流阻尼系数随激振频率的增大表现出逐渐降低的趋势,该特征对斜拉索多模态振动控制尤为有利;考虑斜拉索垂度、抗弯刚度影响的两端固接斜拉索-ECIMD系统模型可用于保守预测斜拉索附加模态阻尼比;与VD相比,ECIMD对斜拉索单模态和多模态均具有更好的减振效果。     

超高层建筑黏滞阻尼器及屈曲约束支撑混合减振结构系统集成优化设计

总结分析了黏滞阻尼器(VD)与屈曲约束支撑(BRB)的基本性能,提出了附加阻尼虚拟VD模型,基于该模型发展了一种VD优先布置顺序分析方法,进而提出了基于附加阻尼虚拟VD模型的黏滞阻尼系统优化设计方法。对BRB各种应力状态进行了详细分析,提出了基于支撑应力水平分析的BRB布置方法;将两种减振装备混合布置在结构中,提出了一种实用的混合减振系统设计方法。结合一10层平面框架算例,对所提方法的准确性进行验证。最后以某超高层结构工程为例,针对不同期望阻尼比对结构进行混合减振集成优化设计,并对设计结果进行对比分析。研究结果表明, VD可以有效增大结构阻尼,降低结构地震响应,BRB用于替换应力较大支撑,可缩小支撑截面尺寸,降低结构成本。因此,混合减振结构具有高效的减振性能和良好的经济性,有较大的工程应用价值。     

桥梁结构阻尼理论与阻尼参数确定

通过分析证实基于波动力学理论下粘滞阻尼理论及复阻尼理论的在杆的轴向振动及梁的横向振动中阻尼参数的一致性。通过引入应力波阻抗的概念,为结构振动分析计算中阻尼参数的选择提供一种实用性较强的方法,并应用这种方法来确定杆式结构和梁式结构的阻尼特性参数分布。     

基于能量的非堆积型多颗粒阻尼器减振机理分析

为进一步研究非堆积型多颗粒阻尼器(NPPD)减振机理,从能量角度基于等效连体惯容质量模型(DIMEM)对NPPD依次进行物理参数对应减振机理分析及振动控制过程中能量变化规律分析。首先对DIMEM模型进行简介,重点陈述DIMEM模型的建立、DIMEM-单自由度结构运动微分方程及试验验证。在此基础上,定义周期耗能指标及周期动量交换指标,并据此进行物理参数影响机理分析。最后,基于DIMEM模型依次进行自由振动、共振简谐激励及地震作用下减振效果分析,并重点对系统运动过程中能量变化规律及耗能占比进行讨论。结果表明多颗粒阻尼器减振效果变化规律受耗能及动量交换综合影响,单纯依靠耗能机理较难对NPPD减振效果变化规律进行解释。振动控制过程中系统能量主要通过颗粒之间相互作用进行耗散。基于DIMEM模型的NPPD减振机理及减振效果分析对于进一步认识颗粒阻尼器及颗粒阻尼器优化具有重要研究意义。     

Application of the continuous wavelet transform on the free vibrations of a steel-concrete composite railway bridge

In this article, the Continuous Wavelet Transform (CWT) is used to study the amplitude dependency of the natural frequency and the equivalent viscous modal damping ratio of the first vertical bending mode of a ballasted, single span, concrete-steel composite railway bridge. It is shown that for the observed range of acceleration amplitudes, a linear relation exists between both the natural frequency and the equivalent viscous modal damping ratio and the amplitude of vibration. This result was obtained by an analysis based on the CWT of the free vibrations after the passage of a number of freight trains. The natural frequency was found to decrease with increasing amplitude of vibration and the corresponding damping ratio increased with increasing amplitude of vibration. This may, given that further research efforts have been made, have implications on the choice of damping ratios for theoretical studies aiming at upgrading existing bridges and in the design of new bridges for high speed trains. The analysis procedure is validated by means of an alternative analysis technique using the least squares method to fit a linear oscillator to consecutive, windowed parts of the studied signals. In this particular case, the two analysis procedures produce essentially the same result.     

加荷频率对土体动力特性影响的试验分析

通过在不同的振动频率情况下,试验场地土的应力-应变曲线、动模量曲线和阻尼比曲线与振动频率的关系,讨论了振动频率对粘性土的动力特性的影响。结果表明:在这4种频率作用下,粘性土的动本构关系均服从双曲线模型;振动频率在应变较小时对土的动模量影响较小、在应变较大时影响较大;振动频率对于粘性土的阻尼比则具有较大的影响。     

几种构件的非比例阻尼比试验研究

在结构动力分析中 ,以往均假设结构的阻尼为Rayleigh比例阻尼。然而 ,大量的结构振动试验已经证明 ,结构的阻尼比对应于结构的各阶模态 ,具有非比例阻尼比特性。显然 ,Rayleigh比例阻尼与实际不符。本文对钢筋混凝土梁、框架和钢板构件的阻尼特性进行了实验研究 ,并且建立了模态试验阻尼比的数学模式