基于磁流变阻尼器的隔震高架桥Skyhook控制

为进一步提高隔震高架桥的抗震性能,避免在强震下隔震支座位移过大,可以将附加减震措施与隔震支座配合使用,组成混合隔震系统。基于位移控制目标,研究了简化的两自由度高架桥线性模型分别在最优被动控制、LQR主动控制、LQR-Clipped磁流变(MR)阻尼器半主动控制及MR阻尼器Skyhook控制下的地震响应。研究结果表明,基于Skyhook控制的MR阻尼器控制效果可以达到LQR-Clipped控制的效果,相对最优被动控制也体现出一定的优越性。并且Skyhook控制系统简单,具有较强的实用价值。     

新型钢滚轴及混合隔震结构地震模拟振动台试验研究

针对一种新型钢滚轴隔震支座进行研究,分别设计制作了一组钢滚轴隔震支座和一组摩擦摆隔震支座,并完成了某两层钢框架的固结、纯滚轴隔震、滚轴+MR被动阻尼器混合隔震和摩擦摆隔震模型的振动台试验。研究了各模型在地震加速度峰值为0.10 g、0.20 g的3条地震波作用下的结构响应,试验结果表明:新型钢滚轴隔震支座的隔震效果优于摩擦摆隔震支座,纯滚轴隔震模型和滚轴+MR被动阻尼器的混合隔震模型均可降低结构加速度反应56.1%～80.8%,且合理的优化混合阻尼隔震体系的阻尼值可使隔震效果更佳。同时,采用MR阻尼器的混合隔震模型较纯滚轴隔震模型可降低隔震层位移反应58.7%～87.4%,且随着阻尼值的增大其控制效果更好。因此,将新型钢滚轴隔震支座与阻尼装置配套使用的方法有效可行,在充分发挥滚轴隔震支座隔震效果的同时避免了结构隔震层位移过大的问题。     

大底盘多裙房基础隔震高层建筑参数关系研究

针对大底盘多裙房结构体型复杂庞大、水平及竖向刚度分布不均匀、裙房主塔及隔震层参数间关系极大影响隔震体系性能及整体隔震效果问题,对主塔、裙楼层质量、层刚度及隔震层刚度等不同参数变化对整体隔震效果影响规律进行研究。结果表明,隔震层与主塔层刚度比N≤1/14、裙房楼层数与主塔层数比为1/3~1/1.5、群楼相对主塔的层刚度比为0.42~1.1、裙房相对主塔的层质量比P≥1.1时主塔减震效果较优;采用刚性楼板假定所得减震系数设计上部结构可能会夸大减震效果。大底盘须采用弹性楼板假定。该建议可为此类结构基础隔震设计提供参考。     

周期性隔震基础的优化设计与试验验证

周期性隔震基础是利用周期性结构的衰减域特性,将地震动与上部结构自振频率接近的频率范围内的能量衰减,从而控制上部结构响应的新型隔震装置。周期性基础的隔震性能受到多方面因素的影响,包括局域共振子的调谐频率比、质量比、阻尼比、基体的刚度、上部结构与基础的相互作用以及地震动的频谱特性等。目前尚未有研究综合考虑上述因素的影响并提出周期性基础的设计方法。提出以一组地震动作用下上部结构峰值响应衰减率的平均值为目标函数,对周期性基础进行优化的设计方法。计算结果表明,按照该优化方法得到的周期性基础对上部结构在选取的44条地震动作用下,峰值响应的平均衰减率达30%。参数敏感性分析表明,优化设计得到的周期性基础对于自身参数的变化具有良好的鲁棒性。最后利用缩尺振动台试验验证了优化设计得到的周期性基础的隔震性能,证明了优化方法的有效性和优化结果的正确性。     

高位层间隔震结构电梯井核心筒剪力墙处理方法研究

为了解决高位层间隔震结构中电梯井核心筒剪力墙在隔震层位置需断开的问题,提出一种高位层间隔震结构电梯井核心筒剪力墙处理方法（PMIT）,介绍了其原理、构造、特点。采用ETABS软件对电梯井核心筒结构与外围结构之间布置粘滞阻尼器、弹簧、无阻尼器和弹簧的PMIT结构、悬挂法结构和框支剪力墙结构进行了分析,分析结果表明：（1）PMIT结构隔震层下部结构层间位移角和隔震位置电梯井剪力墙弯矩相比于框支剪力墙结构都有减小,而悬挂法隔震层下部层间位移相比于框支剪力墙结构放大了约150%,PMIT对隔震层下部结构刚度不会产生影响,避免隔震层下部结构出现薄弱层;（2）相比于悬挂法结构,布置粘滞阻尼器PMIT结构隔震层最外侧隔震支座拉力减小了约50%（仅水平地震作用）,提高结构的抗倾覆性能。     

带有黏弹性阻尼器穿斗木结构振动台试验研究

按照云南"一颗印"构造要求制作了一个两层传统穿斗式木结构房屋模型进行模拟振动台试验。对结构模型的破坏模式、动力响应、应变响应,扭转效应、剪力分布、弯矩变化及耗能能力进行了分析研究。结果表明:结构模型满足中国建筑抗震设计规范"小震不坏、中震可修、大震不倒"的要求;结构模型具有明显扭转效应;层间剪力分布取决于质量分布;弯矩随地震激励增大不断增大,结构模型未发生塑形破坏;层间累积耗能能力一层耗能能力最大,二层次之,屋脊最小。     

城市高架匝道桥部分隔震体系地震响应分析

针对城市高架匝道桥,提出仅在矮墩上设置隔震装置的部分隔震设计方案。以上海嘉闵高架某直线匝道桥为例,系统对比了完全延性、完全隔震与部分隔震体系下的结构地震响应。结果表明,相比完全延性设计,将固定墩改为活动墩的部分隔震设计,能有效降低纵向固定墩的地震强度和变形需求近70%,减小过渡墩伸缩缝的变形需求约21%~34%,降低主梁横向的地震动加速度约20%~39%;同时相比完全隔震设计,在墩底内力响应、支座变形以及伸缩缝变形方面基本相当。此外,固定墩改为活动墩的部分隔震设计,相较仍设固定墩的部分隔震设计,能显著降低纵向固定墩的地震响应以及主梁的纵向地震加速度近56%与38%,具有相对更优的性能。     

下部减震层间隔震结构振动台试验研究

层间隔震体系是基础隔震体系的发展与延伸,作为一种复杂结构体系,以往的研究仅限于探讨隔震层参数对地震响应及减震效果的影响,本文首次进行了下部结构附加黏滞阻尼器的层间隔震结构振动台试验研究。设计了1个四层的钢框架模型,首先进行了基础固接及1层顶隔震的振动台试验研究,其次,在1层顶隔震的基础上,在下部结构附加了黏滞阻尼器进行下部减震层间隔震结构的振动台试验研究,测定结构的加速度、层间位移及层剪力系数。试验结果表明,下部减震是在层间隔震基础上进一步提高隔震减震效果,降低结构地震响应行之有效的策略。本文还建立了层间隔震结构的有限元模型,将有限元分析结果与试验结果进行了对比。     

弹塑性钢阻尼器用于大跨度CFST拱桥的减震控制研究

弹塑性钢阻尼器具有良好的减震效果,但目前的研究和应用主要集中在房建领域。本文以主跨368m的茅草街大桥为研究对象,进行了弹塑性钢阻尼器用于大跨度钢管混凝土拱桥地震响应的减震控制研究,采用非线性时程分析法进行了阻尼器关键参数的敏感性分析,研究了不同屈服荷载、不同弹性刚度及不同空间布设阻尼器的减震效果,最后重点分析了行波效应对弹塑性钢阻尼器减震效果的影响。结果表明,对于该中承式钢管混凝土系杆拱桥,弹塑性钢阻尼器的减震效果明显;综合考虑各部位的地震响应,在主梁各支承间均匀布设阻尼器为最佳布置方式;考虑行波效应后,阻尼器的减震效果更佳。     

地震作用下相邻结构间阻尼器的优化参数研究

对地震作用下相邻结构间连接阻尼器的优化参数理论表达式的适用性作了详细的研究,分别为粘弹性阻尼器和粘滞流体阻尼器。共有两种减震控制目标,使主结构的平均相对振动能量最小和使两相邻结构的总平均相对振动能量最小。采用虚拟激励法,研究了小震作用下结构处于线弹性状态时阻尼器的优化参数取值,详细分析了结构模态阻尼比和场地条件的变化对阻尼器优化参数的影响;采用时域和频域分析方法,研究了强震作用下结构处于弹塑性状态时阻尼器的优化参数值,并与理论值进行了对比。结果表明,结构模态阻尼比和场地条件的变化对阻尼器的优化参数影响很小;结构处于弹塑性状态时阻尼器的优化参数值与结构处于线弹性状态的取值相差不大,均与理论值比较接近,该结论对于阻尼器的优化参数理论表达式的应用非常有利。     

粘滞阻尼减震结构振动台试验与动力可靠度分析

开展了随机地震动作用下黏滞阻尼减震结构振动台试验,并采用概率密度演化方法和等价极值事件原理,对有控和无控试验模型的动力可靠度分别进行了分析。结构控制振动台试验中,采用基于物理随机地震动模型生成的地震动样本作为台面输入。试验结果表明:采用黏滞阻尼器作为减振装置,能够显著降低模型结构层间位移反应的均值和标准差,与此同时,楼层剪力的均方根值一般也较无控时明显减小;随机地震动作用下,模型结构动力响应的变异性显著,并且不同试验地震动样本输入时,黏滞阻尼器取得的减振效果不同。试验模型动力可靠度分析结果表明,有控模型结构各楼层可靠度以及体系可靠度均较无控时显著提高,抗震可靠性明显增强。     

高烈度区连续梁桥减震的粘滞阻尼器参数分析

连续梁桥应用广泛,其损害占据桥梁工程地震灾害中的重要部分,有必要对连续梁桥进行专门的抗震设计,而安装粘滞阻尼器是改善桥梁结构抗震性能的有效手段之一。本文以位于地震高烈度区的太白大桥为例,通过有限元计算研究了设置粘滞阻尼器对预应力混凝土连续梁桥地震响应的影响,并重点针对阻尼器的阻尼系数和速度指数进行了参数分析。结果表明：设置阻尼器后,固定墩墩底弯矩、边墩主梁相对位移都显著减小;各墩受力更趋均匀;阻尼器阻尼力随阻尼系数C增大而增大,随速度指数α增大而减小。所得结论可供高烈度区连续梁桥的减震设计参考。     

拟负刚度与粘滞阻尼混合减振结构的动力特性与减振效果分析

对拟负刚度与粘滞阻尼混合减振结构的动力特性与减振效果进行了研究。首先,通过加速度放大系数和位移放大系数对拟负刚度与粘滞阻尼混合减振结构的动力特性进行分析。其次,通过反应谱对地震作用下拟负刚度与粘滞阻尼混合减振结构的减振效果进行分析,并与粘滞阻尼减振结构的减振效果进行比较。研究结果表明：拟负刚度控制能够延长结构的等效周期;当结构周期较长时,拟负刚度与粘滞阻尼混合减振结构对绝对加速度和相对位移的减振效果好于粘滞阻尼减振结构。     

磁流变液阻尼器响应时间的试验研究及其动态磁场有限元分析

摘 要：首先,试验测试了不同速度和电流变化下,大吨位磁流变液阻尼器的响应时间;然后,对激励电流变化时阻尼器的磁场变化进行了有限元模拟,基于阻尼器间隙内磁流变液剪切屈服强度的变化考察了阻尼器的响应时间,并与试验数据做了比较。最后,研究了涡流和阻尼器电磁回路中电流响应时间对阻尼力响应时间的影响。结果表明,可以用有限元模拟得到的间隙内磁流变液的平均有效剪切屈服强度的时程曲线来研究磁流变液阻尼器的响应时间;电磁响应时间是阻尼力响应时间的决定因素,减小阻尼器中的涡流是缩短磁流变液阻尼器响应时间的重要途径;电流下降时涡流对阻尼器磁路的影响要大于电流上升的情况;无论是上升还是下降,电流初值越小,涡流对阻尼器磁路的影响越大,阻尼力响应时间也越长。研究还表明,缩短电流的响应时间,会带来更大的涡流,并不一定能缩短阻尼力的响应时间。     

基于遗传算法的磁流变阻尼器模型参数识别

优化技术是一种以数学为基础,可用来求解各种工程问题最优解的应用技术.本文利用磁流变阻尼器动态特性数据,采用遗传算法进行阻尼器模型参数识别优化过程,最终将得到的磁流变阻尼器模型参数用于土木工程结构振动控制研究.已建立的磁流变阻尼器的动力特性将在不同的电场强度和变化的位移幅度下进行测试,可以得到在不同位移和速度下恢复力的滞回曲线,建立Bouc-Wen模型.把根据试验得到的滞回曲线和使用遗传算法对模型参数进行优化的结果进行比较可知,这种模型的参数可以以十分小的误差得到优化.     

Seismic response prediction of base-isolated structures with high damping rubber bearings

To characterize the highly nonlinear hysteretic behavior of high damping rubber (HDR) bearings, a previously developed mathematical hysteresis model, rather than a simplified bilinear hysteresis model, is adopted in this study. Unilateral and bilateral seismic simulation tests of a scaled-down multistory structure isolated with HDR bearings subjected to three recorded earthquakes were conducted. Based on the unilateral test results, different sets of model parameters can be identified. The fidelity of the adopted hysteresis model is investigated by comparing the analytical predictions using all sets of identified parameters with results measured from the tests. The significant influence ascribed to different ground motion characteristics such as the effects of near-field and far-field earthquakes on modeling the hysteretic behavior of HDR bearings is observed. Besides, a feasibility study on applying the identified parameters of the adopted hysteresis model to predict the bilateral seismic responses is performed. Even though the prediction accuracy of the seismic responses is satisfactory in two orthogonally horizontal directions, the bilateral hysteretic modeling of HDR bearings requires further intensive studies considering the coupling effect under bilateral excitations.     

基于数字序列编码遗传算法的高层结构粘滞阻尼器优化布置

提出一种基于数字序列编码遗传算法的高层结构黏滞阻尼器优化布置方法,解决了允许各层阻尼器安装数量不同时,二进制编码的标准遗传算法不能完备表达求解空间的问题。数字序列编码用染色体的一个基因位表示一个阻尼器的安装位置,其数值表示该阻尼器的安装层数。在这一编码方案下,优化问题基因型空间中的染色体和表现型空间中的可选布置方案一一对应,编码满足严格的合法性、完备性、Lamarckian性质以及强因果性。与数字序列编码方式相对应,离散重组交叉算子保证了种群的有效进化。此外,基于染色体目标函数值的相对大小构造适应度函数,能够充分体现种群中染色体的适应度差异,加速种群的进化,进而获得优化问题的全局最优解。对多遇地震下20层Benchmark结构的阻尼器布置方案进行了优化,计算结果表明了该方法的有效性。     

高层钢-混凝土组合门式结构消能减震体系模拟地震振动台试验研究

对一幢复杂高层钢-混凝土组合门式结构消能减震体系的1/30缩尺模型进行了模拟地震振动台试验,深入研究了该结构的动力特性和地震反应特征,通过比较验证了粘滞阻尼器的减震效果。结果表明:结构整体空间作用显著,两座塔楼之间扭转反应较大。有、无阻尼器结构的各项反应基本满足抗震规范的要求;从平均意义上讲,阻尼器对整体结构的位移反应有一定的控制效果,对结构高空连廊的位移和两座塔楼之间的扭转反应控制效果较好。     

Stochastic sensitivity analysis of energy-dissipating structures with nonlinear viscous dampers by efficient equivalent linearization technique based on explicit time-domain method

Nonlinear fluid viscous dampers have been widely used in energy-dissipating structures due to their stable and high dissipation capacity and low maintenance cost. However, the literature on stochastic optimization of nonlinear viscous dampers under nonstationary excitations is limited. This paper is devoted to the stochastic response and sensitivity analysis of large-scale energy-dissipating structures equipped with nonlinear viscous dampers subjected to nonstationary seismic excitations. The analysis procedure is developed in the frame of the equivalent linearization method (ELM) in conjunction with the explicit time-domain method (ETDM). The equivalent linear system and the corresponding statistical moments of responses at a specific time instant are first obtained through a series of stochastic response analyses of the linearized systems. Then the sensitivities of the statistical moments of responses are determined via a series of stochastic sensitivity analyses of the equivalent linear system at the corresponding time instant. The above two iterative procedures are facilitated at high efficiency using ETDM with explicit formulations of the statistical moments of responses and the sensitivities of the statistical moments. This process is repeated for different time instants, and the time histories of the statistical moments and their sensitivities can be obtained. The stochastic response and sensitivity results are further utilized to conduct the stochastic optimal parametric design of the nonlinear viscous dampers. A one-storey building model equipped with a nonlinear viscous damper is analyzed to demonstrate the accuracy of the proposed method, and a suspension bridge with a main span of 1200 m equipped with 4 nonlinear viscous dampers is further investigated to illustrate the feasibility of the proposed method for stochastic optimal design of large-scale structures.     

考虑支座摩擦和墩柱损伤的桥梁用液体粘滞阻尼器参数确定方法

对桥梁阻尼器参数确定方法的相关文献进行了回顾,指出现有常用参数分析法费时费力;而简化分析法存在仅适用于结构保持在弹性阶段、无法考虑罕遇地震下支座摩擦及墩柱轻度损伤等复杂情况的弊端。以非线性静力分析获得的能力曲线为基础,利用性能点、目标点求解时获得的关键参数,结合等效弹性单自由度体系附加非线性粘滞阻尼器的参数确定公式,提出了考虑支座摩擦和墩柱损伤的桥用阻尼器参数确定方法。将本文方法应用于某三跨连续梁桥抗震加固分析,验证了本文方法的实用性及准确性。指出了该方法具有的优势及使用时需注意的问题。本文方法可用于中小跨径桥梁抗震加固时液体粘滞阻尼器的参数确定。