粘弹性阻尼结构的性能、分析方法及工程应用

本文系统地介绍了粘弹性阻尼器和粘弹性阻尼结构的研究与应用情况,主要包括粘弹性阻尼材料的性能特征;粘弹性阻尼器构造,减震原理及力学模型,粘弹性阻尼结构的性能;分析方法与设计方法及工程应用,对粘弹性阻尼结构的适应性,安全性,经济性进行了评述,提出了今后应加强研究的若干问题。     

连续梁桥中设置粘弹性阻尼器的减震效果分析

研究了设有粘弹性阻尼器的连续梁桥的地震反应,探讨了阻尼器在连续梁桥中的减震效果及阻尼器参数对减震效果的影响。结果表明:阻尼器对桥梁结构具有减震效果,要达到良好的减震效果必须对阻尼器的参数加以优化。     

粘弹性阻尼结构中阻尼器的优化设置

根据粘弹性阻尼结构的性能与特点,提出了五种不同的优化设计方法,并给出了一个１０层钢筋混凝土结构的优化控制分析实例。     

支座刚度对液压粘弹性控制系统（HVES）减震效果的影响

在考虑支座变形的条件下，建立了液压粘弹性控制系统与受控结构所组成的控制体系的运动方程；通过计算分析，探讨了支座刚度对ＨＶＥＳ减震效果的影响规律，以及该规律随ＨＶＥＳ参数的变化情况；在此基础上，给出了支座刚度的下限临界值，从而为ＨＶＥＳ支座的的工程设计提供了依据。     

减震结构中的粘弹性阻尼器参数优化

研究了粘弹性阻尼器在结构减震控制中的参数优化问题。从性价比的角度提出r优化目标函数,建立了阻尼器的参数优化模型。以一单层框架为例,分别选用非线性规划中的复形法和通过调用MATLAB程序优化工具箱中Fmincon函数（简称Fmincon函数法）两种方法,编制丁相应的优化分析程序,对粘弹性阻尼器在单层框架结构减震控制中的参数优化进行丁分析。研究结果表明,两种优化算法都达到了预期的目标,实现了目标函数最小化。     

装设粘弹性阻尼器钢筋混凝土结构抗震实用分析

为了设计装设粘弹性阻尼器受控结构、推进此项技术的工程应用,分别利用粘弹性阻尼器的复刚度模型和有限元模型,编制了振型分解反应谱程序和弹性时程分析程序,并对一装设粘弹性阻尼器的16层钢筋混凝土结构和相应原结构在多遇地震下的响应进行了分析。     

粘滞阻尼耗能连梁的超高层结构减震性能研究

连梁作为剪力墙结构中的抗震第一道防线,其承载力和耗能能力对整体结构的抗震性能有重要影响。本文提出在连梁中附设粘滞阻尼器,利用阻尼器发生竖向剪切变形而耗能。结合实际工程研究粘滞阻尼耗能连梁的性能,采用ETABS和PERFORM-3D软件对粘滞阻尼耗能连梁结构与传统连梁结构进行有限元模拟对比分析,并对粘滞阻尼耗能连梁的各项最优参数进行研究。结果表明:粘滞阻尼耗能连梁充分发挥耗能作用,整体结构具有良好的抗震性能,与传统连梁结构相比,主体结构的弹性耗能得到明显降低。平面布置方式、竖向布置方式、阻尼器参数的选取对附设粘滞阻尼耗能连梁的框架-核心筒结构减震效果影响较大,合理选择这些参数可以使耗能结构减震效果最优。     

行波效应对桥梁不同振动控制方法减震效果的影响分析

给出了地震行波输入下大跨度桥梁的主动、半主动和被动控制分析方法,并对1座4跨连续刚构桥梁进行了行波输入下地震反应计算,分析了8种振动控制情况下纵桥向和横桥向地震反应的减震效果。结果表明,行波效应会明显降低该连续刚构桥梁8种振动控制方法的纵桥向地震反应减震效果,最大开关控制算法对纵桥向的减震效果相对最好;最大阻尼力被动控制和最大开关控制算法对横桥向的减震效果相对最好,采用该2种控制方法时行波效应对横桥向总体减震效果影响不大。     

偏心结构减震设计中粘弹性阻尼器的优化布置

偏心结构在地震作用下的扭转效应过大会导致结构抗震性能的退化,加速结构的破坏。为有效控制偏心结构在地震作用下的平扭耦联反应,根据粘弹性阻尼结构的性能与特点,采用3种不同的控制函数对偏心结构进行了阻尼器的优化布置,并以一个6层的偏心结构为例,比较了不同控制函数下结构的减震效果。结果表明,3种不同的目标控制函数均可有效控制偏心结构的平扭耦联效应,减小结构的扭转反应,所得结果可为实际工程粘弹性阻尼器的优化布置提供有益参考。     

扇形铅黏弹性消能器设计参数对加固框架抗震性能影响分析

为研究扇形铅黏弹性消能器设计参数对加固框架抗震性能的影响,使用ABAQUS软件建立加固框架试件的精细化有限元模型,并基于试验结果验证其合理性,在此基础上,研究了扇形有效半径、黏弹性层宽度、铅芯直径3个关键设计参数对扇形铅黏弹性消能器加固框架结构抗震性能的影响及规律。分析结果表明,增加扇形铅黏弹性消能器的扇形有效半径、黏弹性层宽度、铅芯直径均可以提高加固框架的初始刚度、屈服荷载和峰值荷载;增加消能器的扇形有效半径可以显著提高加固框架的抗震性能;为避免消能器扇形有效半径过大导致梁柱局部应力集中,在既有结构加固中,扇形铅黏弹性消能器应避免选取过大的扇形有效半径;消能器的铅芯大小对加固框架的后期承载力影响不大。     

土-桩-框架结构非线性相互作用的精细数值模型及其验证

利用有限元软件ABAQUS,建立了土-桩-框架结构非线性相互作用（SSI）的二维精细有限元模型,分别采用记忆型粘塑性嵌套面模型和损伤塑性模型模拟土体和混凝土材料,采用梁单元和rebar单元模拟RC桩基及其内部纵筋,采用接触面对法模拟桩土接触效应,取得了良好的计算效果。将自由场、框架、土-桩-框架结构模型的分析结果和其它成熟的计算软件进行对比,验证了数值模型的有效性。分析发现：桩基外侧靠近承台处的土体的非线性反应很强烈,而桩基内部土体的非线性反应较小,很大程度上只是跟随群桩一起运动。由于桩土动力接触,桩顶的加速度反应可能超出上部结构,并且桩顶的加速度时程曲线上有非常明显的＂针＂状突变。随着地震动强度的增加,上部框架逐渐表现出单自由度体系的动力特征,加速度反应谱有从多个波峰退化为单一波峰的趋势。     

考虑SSI效应储油罐的子结构实验方法与数值模拟

提出了应用振动台子结构试验方法来研究考虑土-结构相互作用（SSI）效应储罐的抗震性能,该方法将土体简化为双自由度八参量集总参数模型进行模拟,储罐作为试验子结构应用振动台加载,两部分联机完成振动台子结构试验。该方法能完成大比例尺储罐试验,具有传统试验方法难以比拟的优势。然后,通过数值模拟分析了SSI效应对储罐动力响应的影响。分别研究了不同储液高度和不同地基刚度对储罐位移和加速度响应的影响。研究结果表明：考虑SSI效应时,罐体位移响应和加速度响应均有所减小,土质越软,效果越明显;随着储液高度的增高,位移、加速度反应呈现减小趋势。     

基于自由场局部变形的地下结构抗震Pushover分析方法

对地下结构抗震Pushover分析方法进行了改进,采用自由场局部变形峰值作为目标位移,局部变形峰值时刻对应的土层水平加速度作为等效惯性加速度输入。给出了局部变形峰值和等效惯性加速度确定方式,详细介绍了基于自由场局部变形的地下结构抗震Pushover分析方法实施步骤、使用方法和功能特点。该方法更有针对性地考虑了强地震作用下不同埋深地下结构与土体的非线性特征以及两者之间的相互作用,通过分析变形和受力情况可以得到完整的能力曲线,更好地评估地下结构抗震性能。使用本文方法对3种埋深的地下结构进行计算,并与动力非线性分析结果进行对比研究。结果表明:本方法在计算稳定性和模拟精度方面优于基于自由场整体变形的Pushover方法;对于不同的输入地震波,能力曲线的吻合程度更高;在强震和罕遇地震情况下,对于深埋地下结构,计算结果略大于动力非线性结果,对实际工程而言更加安全。     

Seismic analysis of coupled soil-pile-structure systems leading to the definition of a pseudo-natural SSI frequency

The elastodynamic response of coupled soil-pile-structure systems to seismic loading is studied using rigorous three-dimentional (3D) finite element models. The system under investigation comprises of a single pile supporting a single degree of freedom (SDOF) structure founded on a homogeneous viscoelastic soil layer over rigid rock. Parametric analyses are carried out in the frequency domain, focusing on the dynamic characteristics of the structure, as affected by typical foundation properties such as pile slenderness and soil-pile relative stiffness. Numerical results demonstrate the strong influence on effective natural SSI period of the foundation properties and the crucial importance of cross swaying-rocking stiffness of the pile. Furthermore, the notion of a pseudo-natural SSI frequency is introduced, as the frequency where pile-head motion is minimized with respect to free field surface motion. Dynamic pile bending is examined and the relative contributions of kinematic and inertial interaction, as affected by the frequency content of input motion, are elucidated.     

考虑土-结构相互作用时地铁高架车站结构横向地震反应分析

基于ABAQUS软件平台,建立了土-桩-高架车站结构非线性动力相互作用的整体有限元分析模型,考虑输入地震动的频谱特性,系统分析了地铁某上部高架车站结构的横向地震反应规律,给出了不同地震条件下车站结构地震横向变形、结构加速度反应和柱底动内力反应程度及其规律。结果表明：由于高架车站结构顶层质量集中较为严重,使得上层结构的动力反应明显大于下层结构,尤其是上层柱底的最大剪力和弯矩都大于下层柱底的对应值。同时,具有明显近场地震动脉冲特征的地震波更易增强结构的地震反应。分析结果能为类似轨道交通高架车站结构的地震反应分析和抗震设计提供有效的参考和指导。     

基于有限元数值分析的木结构抗震性能分析及其在建筑中的应用

为了提高木结构抗震性能分析的精度,采用多尺度建模分析方法对木结构进行抗震分析。利用多点约束方法分别将榫卯节点和梁柱构件设定为关键区域和非关键区域。采用多尺度的建模思想,对关键区域采用实体单元进行精细尺度建模,而非关键区域则采用梁单元进行普通尺度建模,再通过不同尺度实现宏观结构模型和局部微观模型的相互协调,比较不同尺度下的实体单元和梁单元建模在抗震中的性能。实验结果表明,多尺度的有限元数值分析能够模拟木结构的整体动力响应和精确分析边界条件。通过多尺度、大范围的分级建模能够构建局部和全局的抗震性能分析的过程,精度较高,可提升抗震分析的效率。     

扇形铅粘弹性阻尼器性能的有限元分析研究

设计了18组不同构造和参数的扇形铅粘弹性阻尼器（SLVD）,采用ABAQUS软件对其进行有限元数值模拟分析,研究了铅芯个数、铅芯直径、铅芯布置形式、橡胶剪切模量、薄钢板与橡胶层厚度比及加载应变幅值对其耗能性能和阻尼特性的影响。分析结果表明：SLVD的耗能系数和等效阻尼比随着铅芯个数的增多、直径的增大而增大,随着橡胶剪切模量、应变幅值的增大而减小;铅芯布置形式应以双铅芯形式为宜,薄钢板和橡胶层的厚度之比应控制在0.4~0.5。     

Influence of free field variability on linear soil–structure interaction (SSI) by indirect integral representation

An integral equation for the representation of the response of a structure impinged by an incident wave field including soil–structure interaction is proposed. It requires the knowledge of the fundamental solution for the overall soil–structure domain when a unit load is applied to the structure. This fundamental solution is obtained by means of a substructuring technique and boundary integral equations using the Green tensors for homogeneous or horizontally stratified soil media. The effects of a non‐stationary modulated random incident field are addressed in terms of the instantaneous power spectral density of the structural response of interest for a given coherency function of the free field. Several applications of the proposed procedure are presented. The first one considers kinematic interaction of a rigid circular foundation and is used to validate the numerical implementation. The second one considers a complex structure on a stiff stratified soil and the last one considers the pounding effect between two adjacent, identical structures resting on a thin soft soil layer. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

桩-土-结构相互作用弹塑性地震反应分析

采用动力有限元时程分析方法，以多高层框架结构为对象，研究了水平地震作用下桩-土-结构相互作用时上部结构弹塑性动力特性和规律。结果表明，弹塑性分析和弹性分析引起的结果有较大的差异；考虑弹塑性相互作用后柱的剪力、轴力和弯矩在不同的楼层有放大现象，按折减方法来考虑相互作用并非总是安全的，柱的剪力、轴力、弯矩和等效应力的折减系数沿楼层变化曲线不尽相同，应引起注意。