相邻结构连接阻尼器设计参数优化研究

对粘滞阻尼器连接四个方形布置的相邻结构的地震反应进行分析,优化了相邻结构间设置阻尼器的阻尼参数。在四条不同地震波作用下,分别对不同质量比和不同刚度比的相邻结构在无阻尼器连接和有阻尼器连接情况下的地震反应进行分析。文中以结构在地震波作用下顶层最大相对位移最小为优化目标。通过试值计算,寻求对应的最优阻尼系数,并对相邻结构质量比、刚度比与最优阻尼系数关系分别进行比较分析,得出最优阻尼系数与质量比和刚度比的两个关系式。最后,用一个算例模型对公式的合理性进行了验证。     

高层消能减震钢框架结构最佳阻尼量分析

通过对分别设置金属和黏滞阻尼器的消能减震钢框架结构在两条地震波作用下进行弹塑性时程分析,研究结构的最佳阻尼量。考虑到杆系模型地震响应分析耗费大量时间,先将高层钢框架结构利用静力弹塑性分析方法简化为多质点层模型体系再对其进行分析。设置于各层的金属阻尼器屈服强度与原结构层屈服强度之比设定为λ,对λ=0.0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5这6种算例模型进行地震响应时程分析,对比其地震响应值,得出λ=0.3时所设置的金属阻尼器的阻尼量为该结构的最佳阻尼。同理,设置于各层的黏滞阻尼器阻尼系数与原结构层黏滞阻尼系数之比设定为γ,对γ=0,30,50,70,100,120这6种算例模型进行地震响应时程分析,对比其地震响应值,得出γ=100时所设置的黏滞阻尼器的阻尼量为最佳阻尼。研究结果为消能减震结构设计提供参考。     

相邻结构减震体系参数随机性影响分析

根据黏滞阻尼器连接相邻结构减震体系的2-DOF模型,以平稳白噪声为地震激励,建立了结构振动能量表达式,分别以单体塔楼和整体结构的振动能量最小为控制目标,建立了优化连接阻尼参数理论表达式.分析了结构频率比和质量比的随机性对优化连接阻尼、结构减震效果的影响以及连接阻尼参数随机性对减震效果的影响.最后对某工程算例进行了位移反应分析,对比了减震效果.结果表明,依据简化模型得到的优化连接参数可以适用于多自由度体系,两结构频率比的随机性对优化连接参数及减震效果有一定影响,质量比的随机性对二者影响较小,而优化连接阻尼随机性对减震效果的影响则可以忽略不计.     

粘滞阻尼器连接的相邻隔震与非隔震建筑地震反应分析

针对隔震结构在地震作用下隔震层位移较大,可能会与相邻非隔震结构之间产生碰撞问题进行了分析,采用简化模型对隔震与相邻非隔震结构之间布置粘滞阻尼器的减震控制的工作机理进行了研究。建立了隔震与相邻非隔震结构之间布置粘滞阻尼器减震控制的数值仿真分析模型,研究了粘滞阻尼器的阻尼系数、布置位置以及隔震结构隔震层刚度对结构顶点位移的影响。结果表明:随着阻尼器阻尼系数和隔震结构隔震层刚度的增加,隔震结构顶层位移也随之增大,阻尼器布置位置越靠近隔震层,相邻非隔震结构顶层位移控制效果越明显。     

减震结构粘滞阻尼器参数优化分析

研究了基于响应面法进行减震结构非线性粘滞阻尼器参数优化设计的方法,该方法包括试验设计、有限元分析、响应面函数拟合和参数优化.以一榀钢筋混凝土框架结构非线性粘滞阻尼器参数优化为例,以所有粘滞阻尼器提供的阻尼力之和最小为优化目标函数,层间最大位移限值作为约束条件,建立粘滞阻尼器参数优化的数学模型,然后运用非线性规划优化方法进行参数优化.算例研究结果表明:基于响应面法进行粘滞阻尼器参数优化,既能保证结构层间位移小于限值,又能降低建造成本.     

相邻建筑连接阻尼器的减振控制分析

对15层主结构与7层次结构的两相邻框架剪力墙模型结构在三个不同位置连接黏滞流体阻尼器,输入三种振动台地震波及三种不同加速度峰值,以主结构顶层最大相对位移最小为优化目标,寻求出三种阻尼器连接位置对应的最优阻尼系数,并对两相邻结构进行地震反应分析。结果显示,当阻尼器选择合适的安放位置和合理的阻尼参数时,主、次结构的地震反应都会有一定程度的降低,从而起到较好的减震效果。     

高层核筒悬挂结构地震响应的参数分析

本文基于地震响应时程,对高层核筒悬挂结构进行参数分析。首先给出了悬挂减振结构体系的计算模型,在此基础上给出了以主体核筒的顶点位移和基底剪力响应为综合优化目标,悬挂楼面的层间位移角为约束条件的优化数学模型,对设置于核筒和悬挂楼面之间粘滞阻尼器的刚度和阻尼系数进行优化。结果表明:存在最优阻尼器的阻尼系数,使得主体核筒的响应最小;当阻尼器的刚度较小时,可以忽略其对结构动力响应的影响;悬挂楼面的层间位移角作为约束条件,影响结构参数的优化值;通过设置合理的参数才能够同时满足优化目标和悬挂楼面的层间位移角限值。     

铁路刚架系杆拱-连续箱梁组合桥地震响应分析

为研究减隔震体系的采用对拱桥受力的影响。文章基于结构减隔震机理,以某跨度(24+160+24)m的刚架系杆拱连续箱梁组合桥为工程背景,分别建立了桥梁原结构体系模型以及减隔震体系模型,对比分析了其地震响应,并对粘滞阻尼器参数进行了合理参数选取。结果表明:拱肋受力、梁端位移受粘滞阻尼参数的影响较大,合理选取粘滞阻尼参数可有效降低结构地震力;相比原结构,减隔震体系的采用可有效降低拱桥拱肋内力、控制主梁梁端位移,并使拱肋受力均匀。     

连接Kelvin阻尼器的对称双塔楼结构被动控制研究

将连接阻尼器的对称双塔楼结构耦合为单个连接着Kelvin型阻尼器的2-DOF（degree of freedom）体系,推导了耦合结构体系的运动微分方程并基于能量最小原理求出了连接阻尼器的优化参数解析解。参数化分析表明结构各层频率比、质量比和刚度比是影响阻尼器控制效果的重要参数。对于一个给定的对称双自由度体系,存在最优的Kelvin阻尼器阻尼参数解析解使得结构的位移峰值响应有最小值,同时从结构的自振特性也会影响结构最终的控制效果。最后,通过数值算例,分别讨论了塔楼多自由度体系在地震激励下的位移时程、结构振动能量和层间位移角,验证了该文所提Kelvin阻尼器优化参数解析表达式对控制带底盘对称双塔楼结构动力响应的有效性。     

结构附设粘滞阻尼器的支撑刚度取值范围研究

综合考虑粘滞阻尼器减震装置参数(阻尼系数c_d、速度指数α_0)、结构非线性(强度折减系数R、结构屈服后与屈服前刚度之比α_1)等因素,分别建立弹性和弹塑性SDOF体系计算模型,系统研究了粘滞阻尼器支撑刚度k_b的变化对结构地震响应的影响规律,并建议了k_b的最小取值范围,最后通过具体算例验证了其适用性和准确性。该建议可供设计人员在采用非线性粘滞阻尼器进行减震结构设计时参考。     

大跨度连续梁拱组合体系桥梁减震设计

分析了大跨度连续梁拱组合体系桥梁的地震易损部位特点,提出了有利于该类桥梁抗震设计的合理塑性铰出现顺序。简要介绍了桥梁地震位移响应的控制机理,以及两类具体的位移控制装置:弹性连接装置和粘滞阻尼器,并对两种位移控制装置进行了参数敏感性分析。最后以一实桥为例,介绍了大跨度连续梁拱组合体系桥梁的减震设计。研究表明,弹性连接装置和粘滞阻尼器均能有效地控制结构的地震位移响应,但如果考虑到经济性和耐久性因素,弹性连接装置稍有优势。     

半刚性悬挂结构体系减振避震机理及参数优化

提出了一种新型悬挂结构体系--半刚性悬挂结构体系。该结构体系在悬挂楼段与转换层之间设置半刚性层,其间设置减振阻尼装置。通过时域内输入El Centro波、Taft波以及人工波,验证了该体系具有良好的动力响应特性。根据随机振动理论,在复数域内推导了体系的随机振动响应表达式;以主体核筒结构顶点位移和半刚性层的层间位移为目标函数,编制了MATLAB计算程序,对体系中影响结构动力响应的阻尼器的刚度和阻尼、悬挂质量比及半刚性连接的转动刚度等进行参数分析。计算结果表明：该体系能够有效减小地震动力响应,半刚性层的层间位移较大,主体结构顶点位移和悬挂楼层的层间位移较小;对于文中给出的结构算例存在最优参数组合：阻尼器刚度和阻尼分别为1×107/N/m和1×107N•s/m,悬挂质量比取3.0,半刚性连接转动刚度为3.14×104N•m/rad;当半刚性悬挂结构的参数取得最优组合时,主体结构动力响应和半刚性层层间位移均可得到较好的控制,结构的减振避震性能明显提高。     

相邻结构连接粘滞阻尼器减震效果的振动台试验研究

通过1/20比例的15层和7层两相邻框架剪力墙模型结构连接粘滞阻尼器的振动台试验,比较分析了三种不同位置连接阻尼器的结构减震效果,探讨了多遇、基本、罕遇和大遇四种水准地震下结构的振动响应。结果表明,在7度多遇和基本地震下,阻尼器连接对结构地震反应有一定的控制作用,但对剪力响应的控制效果相对较差;7度罕遇地震和大震下,有阻尼连接时,主结构地震响应的控制效果较小、甚至使反应增大,大部分次结构反应不降反增;7度多遇和罕遇地震作用下,结构层间位移角最大值均满足抗震性能目标要求;阻尼器连接在次结构顶层、顶层和一层连接时减震效果较好,但主结构的部分位置(底层、高度方向的中间层、接近顶部的几层)与次结构的底层位置为薄弱位置。     

耗能减震结构阻尼器随机地震响应的扩阶复模态分析

对两层带Maxwell阻尼器的耗能减震结构在随机地震响应下进行了系统研究,首先建立了结构运动方程,然后用前两个振型将上部结构展开,因所得结构运动方程的刚度、阻尼均为非对称的,因此采用扩阶复模态方法解耦,获得了结构各层在白噪声激励下的随机地震响应解析解。通过算例分析,对两层框架结构设置阻尼器与未设置阻尼器进行对比,得出了设置阻尼器结构的位移响应方差大大小于未设置阻尼器结构的结论,从而实现了阻尼器耗能减震的目的,并建立了两自由度体系在任意非经典阻尼、非对称刚度下随机地震响应解析解分析的一般方法。     

地震作用下复阻尼调频质量阻尼器减震结构优化设计

分析了简谐激励和平稳随机激励条件下,复阻尼调频质量阻尼器(TMD)和主结构的二自由度减震结构体系的稳态地震响应,建立了动力学平衡方程,推导了复阻尼TMD的阻尼和频率最优参数的理论公式,并分析了该二自由度减震结构体系在多条地震波作用下的减震效果,对比了复阻尼TMD和粘滞阻尼TMD减震效果的差异,结果表明:复阻尼TMD的减震效果接近于粘滞阻尼TMD的结果,在应用TMD减震技术时,复阻尼TMD也是一种选择。     

减隔震装置对独塔斜拉桥抗震性能的影响

为研究常见减隔震装置在独塔斜拉桥中的减隔震效果,文章以某独塔斜拉桥为工程背景,采用Midas Civil有限元分析软件建立了全桥模型,对比研究了分别采用板式橡胶支座、铅芯橡胶支座和液体粘滞阻尼器时桥梁结构的地震响应,进一步分析了阻尼指数α和阻尼系数C对液体粘滞阻尼器减隔震效果的影响,并对其参数进行了优化。结果表明:铅芯橡胶支座及液体粘滞阻尼器均能起到一定的减隔震效果,且液体粘滞阻尼器的减隔震效果更好;液体粘滞阻尼器的阻尼指数α及阻尼系数C对该独塔斜拉桥结构的地震响应具有规律性影响,故在实际工程设计中,可以根据调整液体粘滞阻尼器参数,以达到最佳减隔震效果。     

摩擦阻尼支撑框架参数研究

基于对影响摩擦阻尼器工作效力的摩擦阻尼器支撑刚度、摩擦阻尼、初始位移3个重要参数进行研究,分析摩擦阻尼支撑结构抗震性能.提出新方法计算摩擦阻尼支撑结构中的摩擦阻尼,得到计算摩擦阻尼的简便公式.利用该公式对比研究地震力下,摩擦阻尼支撑结构与普通支撑结构动力响应间的关系,并分析3个参数影响摩擦阻尼支撑结构动态特性的规律.从图表数据得出,地震力下摩擦阻尼支撑结构动力响应随初始位移增大而增大,随摩擦阻尼支撑刚度、摩擦阻尼增大而减小.从推导公式看,摩擦阻尼可以通过在摩擦阻尼器中增大螺栓预压力、喷涂高摩擦材料、降低摩擦力衰减系数及安装多组并排摩擦装置的办法得到提高.结果表明计算摩擦阻尼新方法是一种研究摩擦阻尼支撑结构参数及动力特性的有效方法,合理确定参数可更进一步提高摩擦阻尼支撑结构的抗震能力.     

粘滞阻尼器等效阻尼比的计算公式研究

在减震结构的设计和研究中,常用等效阻尼比来表示减震装置对结构减震耗能作用的大小,并可作为线性反应谱分析的关键参数。针对粘滞阻尼器这种最为常用的减震装置,本文首先基于纯阻尼模型推导了其等效阻尼比计算公式,再在此基础之上研究了阻尼器刚度效应对等效阻尼比的影响,得出了考虑刚度效应的修正公式。在工程应用中,只要明确了阻尼器的位置和参数,并对结构进行自振特性分析,即可通过本文公式算得粘滞阻尼器的等效阻尼比。     

墙式连接金属阻尼器RC框架振动台试验研究

为研究金属阻尼器墙式连接方式的有效性,检验金属阻尼器对RC框架的减震效果,设计并制作1/4缩尺的4层无控结构(纯框架)和减震结构(设置金属阻尼器)振动台试验模型。选取一条人工合成地震动和Takatori天然地震动,调幅到不同地震动强度进行振动台试验,对模型结构动力特性(自振频率、阻尼比)和结构响应(位移、加速度、剪力)进行对比研究。试验结果表明：金属阻尼器同时给结构提供附加刚度和附加阻尼,减震结构的整体刚度始终大于无控结构,减震结构的阻尼比相比于无控结构大幅增加,减震结构的位移响应控制效果显著。金属阻尼器的墙式连接形式具有足够的稳固性和有效性,小震下连接部位无损伤,中震下连接部位出现细微裂缝,大震下结构梁与墙肢交界处出现剪切裂缝,但仍能够保证连接的可靠性。基于试验数据得到的阻尼器位移占比为0.4～0.6,在后续研究中,应进一步研究如何保证较大的阻尼器位移占比,以充分发挥阻尼器的作用。此外,近断层地震动对结构地震响应的影响仍需进一步研究。     

金属阻尼器和粘弹性阻尼器的优化算法研究

建立了20层钢框架模型,设定目标层间位移角,参考日本抗震规范规定的地震剪力计算方法确定主结构抗侧刚度,利用等效线性化理论将多质点体系简化为单质点体系,分别计算金属阻尼器附加体系的需求弹性刚度比和粘弹性阻尼器附加体系的需求刚度比,将需求刚度比分配到多质点体系中,利用程序进行时程分析,检验结构在各种工况下的减震性能。对金属阻尼器附加体系储存刚度比和粘弹性阻尼器附加体系储存刚度比分别进行拟合,得到经验公式,并通过30层钢框架模型,验证了公式的正确性。由此得出结论:(1)本文阻尼量的算法合理,采用该算法布置阻尼器后,层间位移、最大绝对位移及剪力降低率均大幅减小,其阻尼器耗能比在80%以上;(2)工况2的阻尼器布置形式较为合理,其三种指标优于其他工况。(3)本文拟合的经验公式(8)、(9)是合理的,能大量减少阻尼器设计工作。