基于复阻尼理论的混合结构Rayleigh阻尼模型

混合结构的阻尼矩阵不满足经典阻尼条件,导致传统的模态叠加法无法适用。复阻尼理论无法适用于时域计算,其自由振动响应中存在发散现象。针对混合结构的阻尼矩阵非比例性和复阻尼理论的时域发散性,基于频域等效原则构建了求解Rayleigh阻尼系数的数学优化模型,进而得到与复阻尼理论等效的Rayleigh阻尼运动方程。算例分析表明:依据位移时程响应和结构等效阻尼比可证明Rayleigh阻尼运动方程的正确性。基于本文研究成果,等效复阻尼理论的混合结构Rayleigh阻尼运动方程可直接采用模态叠加法,结合其确定的结构等效阻尼比,为混合结构的振型分解反应谱法提供理论依据。     

隔震减震主次结构体系非线性随机地震反应分析

为研究隔震、减震装置非线性恢复力特性对2自由度主次结构体系均方根位移反应的影响规律,以隔震、减震装置微分型恢复力模式的滞回参数为变量,地震地面运动模拟成高斯白噪声过程,利用等效线性化方法得到主体结构和二次结构均方根位移反应的表达式.分析表明,主体结构隔震装置非线性恢复力特征对主、次结构的均方根位移反应的影响占主导地位;隔震、减震装置的恢复力特征产生适度非线性有利于减小主、次结构的均方根位移反应.     

NOPD单自由度体系阻尼特性的实验研究

针对非阻塞性微颗粒阻尼(NOPD)单自由度体系,通过实验研究颗粒填充率、颗粒材料类型、振动方向以及空腔形状等因素对结构阻尼特性的影响,并根据实验数据对阻尼特性进行了拟合分析.实验结果表明:颗粒填充率是结构阻尼的显著影响因素,颗粒沿空腔横向产生振动时的阻尼大于沿纵向振动时的阻尼,采用长方形空腔形状更有利于结构取得好的颗粒阻尼效应.当填充率相等时,采用铁粉颗粒比采用砂粒对结构阻尼的增大效果更好.实验结果可为以后进一步的理论分析提供依据.     

考虑非一致地震输入的地铁车站动力时程分析

为了研究非一致地震输入以及考虑土体介质阻尼的自由波场对大型地铁车站动力响应的影响,发展了一种可考虑土体介质阻尼影响的自由波场一维化时域有限元算法,并编制了相应的非一致地震波动等效荷载的Matlab计算程序;以一典型两层双柱岛式地铁车站为工程背景,建立三维地铁车站结构-土相互作用系统的整体有限元数值模型,开展动力时程实例分析。计算结果表明:与地震波一致输入情形相比,地震波非一致输入将引起地铁车站结构的控制内力和层间位移分布及其幅值发生明显变化;与不考虑土体介质阻尼的地震波动输入相比,在考虑土体介质阻尼的地震波动输入下,地铁车站结构的控制内力和最大层间位移均有一定幅度的减小,且减小幅度随波动入射角的增大而增大。本文分析表明,非一致地震波动输入及土体介质阻尼对大型地铁车站结构的动力时程响应均有一定影响。     

非线性黏滞阻尼减震结构基于位移的设计方法

结合我国抗震设计规范,提出非线性黏滞阻尼减震结构基于位移的设计方法.根据减震结构的特点,将其性能划分为使用良好、人身安全和防止倒塌3个水平,并用层间位移角限值予以量化;以简化的方法计算非线性黏滞阻尼器的等效阻尼比.在此基础上将结构转化为等效单自由度体系,利用基于位移的设计方法对非线性黏滞阻尼减震结构进行设计,通过算例,介绍用该方法对框架结构进行非线性黏滞阻尼减震设计的设计过程.实例分析表明,提出的非线性黏滞阻尼减震结构基于位移的设计方法是可行的,并且与时程分析得出的平均结果吻合较好,而且该方法简单实用,便于操作,能够控制减震结构在不同强度水准地震作用下的性能.     

木结构节点摩擦耗能及抗震研究

对木结构节点建立了等效摩擦阻尼系统,依据能量等效原理将榫卯节点干摩擦耗散的能量等效为阻尼力做功,推导了节点关于干摩擦耗能的等效阻尼系数,以应用比较广泛的燕尾榫为例,通过有限元模拟得到了等效阻尼系数的大小。通过建立木框架结构,并在榫卯节点处引入MATRIX27单元模拟榫卯之间的干摩擦阻尼,选取兰州波和El Centro波,分别在结构考虑摩擦阻尼和不考虑摩擦阻尼的情况下进行了罕遇地震作用下的时程对比分析,引入无量纲的减震系数β来表示减震效果,得到榫卯节点在考虑摩擦阻尼的情况下,其节点位移和相对位移将会减小,而且荷载越大,减震效果越明显,说明榫卯节点的摩擦滑移在地震作用下具有较好的减震作用。     

基于性能抗震设计中的等效线性模型研究

对6种等效线性化方法等效模型进行分析和总结,研究等效线性化方法应用于桥梁结构基于位移抗震设计的可行性及计算过程.以箍筋体积配箍率和桥梁结构承载能力为评价因素,对钢筋混凝土桥梁墩柱采用不同等效线性化方法进行基于位移的抗震设计,研究了等效线性化方法及阻尼调整系数对抗震设计结果的影响.研究表明,各种等效线性化方法应用于基于位移的抗震设计其计算结果存在较大差异,等效阻尼比对基于位移的抗震设计结果影响显著,不同的阻尼调整系数得到的计算结果也不同.在所研究的6种等效线性化方法中,Kowalsky方法、Iwan方法和欧进萍方法计算误差较小,随着位移延性系数的增大,Kowalsky方法的计算误差减小.应用Eurocode8规范提供的阻尼调整系数计算得到的结果与真实值较为接近.建议采用Eurocode8规范提供的阻尼调整系数和Kowalsky方法进行基于位移的抗震设计.     

结构动力反应分析中阻尼和恢复力的相关性

以具有理想弹性恢复力模型的单自由度体系作为研究对象，分别考察了结构恢复力强度误差和刚度误差对结构弹塑性地震反应时程分析结果的影响，讨论了结构反应最佳等效的条件下阻尼和恢复力的相互影响规律。     

基于等效复阻尼理论的模态叠加法

依据对偶原则,频率相关黏性阻尼是复阻尼在实数域中的表达形式,可作为一种等效复阻尼,且具有稳定性和每一循环消耗能量与激励频率无关的优点。将地震波的卓越频率作为激励频率,结合短时傅里叶变换,提出了单一材料结构频率相关黏性阻尼的模态叠加法;对于不同材料阻尼特性混合结构的频率相关黏性阻尼,利用最小二乘法拟合Caughey阻尼矩阵,以近似模拟频率相关黏性阻尼矩阵,提出了Caughey阻尼理论模态叠加法,成果实现了单一材料和混合材料结构等效复阻尼运动方程的模态叠加法,为基于复阻尼理论的结构振型分解反应谱法提供理论依据。     

基于复振型分解的多自由度非线性体系动力可靠性研究

提出了基于复模态理论的多自由度非线性体系动力可靠性分析方法。该方法首先采用等效线性化的方法处理体系的非线性问题,然后采用复模态分析处理非经典的等效线性阻尼矩阵,将具有非经典阻尼的等效多自由度线性体系按复振型分解,将多自由度体系的随机反应分解为一系列一阶体系的复模态反应,从而求得体系的随机反应,最后进行体系的动力可靠度计算。通过算例验证,表明该方法概念明确、思路清晰,为一般多自由度非线性体系提供了一个普遍适用的动力可靠性分析方法。     

颗粒阻尼技术及其在土木工程中的应用展望

介绍了国内外颗粒阻尼发展现状,比较了非阻塞性颗粒阻尼、柔性颗粒阻尼、带活塞振动颗粒阻尼的异同,按照颗粒阻尼的类型,系统地阐述了颗粒阻尼内部作用机理、常用计算模型、耗能影响因素等问题,指出其在应用中的诸多优点,及优于粘滞与机械阻尼的性能,验证了颗粒阻尼良好的工程应用前景与发展潜力。同时指出了现今理论模型、实际运用及设计中存在的一些问题与不足,对颗粒阻尼的研究与发展方向提出了建议。     

结构主动与被动调谐质量阻尼器的减震性能

使用Kanai-Tajimi地震动模型,建立了主动调谐质量阻尼器(ATMD)结构系统的传递函数。将ATMD最优参数的评价准则定义为：设置ATMD结构均方根位移(解析式)的最小值的最小化。将ATMD有效性的评价准则定义为：设置ATMD结构均方根位移的最小值的最小化与未设置ATMD结构的均方根位移之比。根据逃择的评价准则,评价了地震卓越频率系数(EDFR)对ATMD抗震控制性能的影响。同时也评价了EDFR对被动调谐质量阻尼器(PTMD)抗震控制性能的影响。     

基于滞变阻尼模型的反应谱CQC法

复阻尼模型具有每周期耗散能量与外激励频率无关的优点,但自由振动解中存在发散项。基于复阻尼模型的等效滞变阻尼模型不仅保留了相应的优点,且克服了时域发散的缺陷。本文在模态叠加法的基础上,提出了基于滞变阻尼模型的反应谱CQC法,并利用时域精确解验证了所提方法的正确性。在此基础上,以反应谱和相关系数为分析对象,对比了基于滞变阻尼模型的反应谱CQC法和基于黏性阻尼模型的反应谱CQC法。算例分析表明:小阻尼比情况下,两种方法的计算结果近似相等;大阻尼比情况下,两种方法计算所得的反应谱值和相关系数皆差异较大;大阻尼比结构需依据结构材料的阻尼特性,选择合适的反应谱CQC法。     

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。     

设有粘弹性阻尼器的结构体系的受力分析

探讨了安装有粘弹性阻尼器的结构体系在地震荷载作用下,其结构刚度,结构阻尼,阻尼器刚度和阻尼器经对体系层间剪力分配的影响,给出了大阻尼结构体系在进行结构抗震设计时层间剪力的分配原则,分析了粘弹性阻尼材料在地震荷载作用下,由于吸收地震能量而导致的温度升高对结构减震效果的影响。     

基于位移的减震结构设计方法研究

针对减震结构的设计, 其振型分解反应谱方法不能反映阻尼器的非线性和结构在大震下的性能;时程分析法需要多次试算、十分繁琐的情况,采用以结构构件设计为主、线性粘滞阻尼器为强度补充的设计思想,将结构等效为单自由度体系,利用基于位移的设计方法对线性粘滞阻尼减震结构进行设计,并利用该方法设计1栋13层框架剪力墙结构,最后通过动力时程分析验证了该方法的可行性.     

粘滞阻尼减震结构抗震可靠度简化分析

通过设置粘滞阻尼器减小结构的地震反应是一种有效的被动控制方式,为与现行抗震设计水平相适应,减震结构和控制装置的设计也应该以可靠度为基础。本文结合粘滞阻尼减震结构的受力特性建立了此类耗能减震结构动力可靠度分析的实用简化计算方法。首先通过等价线性化方法,给出了层间三线型恢复力模型的等效平均刚度,粘滞阻尼器采用等效线性化的力学模型,建立了安装粘滞阻尼减震结构的等效线性随机分析模型。然后采用随机状态空间方法进行了粘滞阻尼减震结构的地震反应分析,基于层间变形失效准则和首次超越理论分析了粘滞阻尼减震结构的可靠度,并以粘滞流体阻尼器的变形超过其自身极限变形作为阻尼器的失效模式,讨论了粘滞阻尼器可靠度的计算。最后通过一个设置粘滞流体阻尼器的框架结构计算实例,说明了这种方法的运用。该方法可以作为一种实用的方法对振动控制结构在不同破坏状态下的抗震可靠度进行分析,为基于性能的抗震设计和优化提供参考。     

地震作用下大跨度连续梁桥半主动变阻尼控制研究

利用半主动变阻尼控制装置开展连续梁桥结构在纵向地震波作用下的振动控制研究,通过建立桥梁结构-半主动变阻尼系统力学模型和运动微分方程,进行不同地震波激励下,连续梁桥关键部位在无控?半主动变阻尼控制和主动控制下的响应值分析计算,其中最优控制力采用LQR算法确定,半主动变阻尼控制采用限界Hrovat最优控制算法。计算结果表明:半主动变阻尼控制与主动控制的控制效果接近,两者均起到了良好的减震作用,而其中半主动变阻尼控制所需能量少?设施经济可靠,是一种良好的结构减震控制方法。     

地震作用下钢框架高层结构的抗震性能研究

钢框架高层建筑结构是当前高层建筑设计中使用最为广泛的技术,为提升其抗震性能,本文研究将调谐质量阻尼器安装在钢框架高层建筑结构顶部,考虑到建筑空间需求、防止集中荷载和提升控制效果等因素,在相同楼层或同顶部接近楼层中设置数个较小的、频率一致的子控制装置,通过设置调谐质量阻尼器受控结构等效阻尼比求极值的方法,获取最优刚度与最优阻尼系数;将获取的结果在有限元软件中进行模态分析获取模态质量,实现钢框架高层建筑结构扭转振动的减振控制。实验结果表明,地震荷载下,该方法使得建筑结构顶层角位移峰值和角加速度峰值分别降低50%和30%左右,建筑结构响应下降19%～26%,提高了高层建筑结构的稳定性。     

震后GPS观测数据揭示的日本M_W9.0地震周边地区地幔黏滞性结构垂向变化

本文利用大范围的震后GPS数据和黏弹性球形地球位错理论,定量研究了日本M_W9.0地震周边地区地幔黏滞性结构的垂向变化.首先结合陆地和海底的GPS观测数据,以及基于球形地球位错理论格林函数和贝叶斯反演方法,反演了该地震的同震滑动分布,发现其最大错动量高达59m.然后在均一地幔黏滞性结构的假设前提下,确定了震源周边地区地幔黏滞因子的最优解,发现依据该地幔黏滞因子获得的理论远场震后位移和GPS观测结果之间的均方根误差高达0.81cm,不能解释远场观测结果.为解决上述问题,本文对震中周边地区地幔黏滞性结构沿垂向方向进行分层,建立了一个随深度变化的地幔黏滞性构造模型,然后综合利用远近场的GPS数据对该地区地幔黏滞因子进行反演研究,结果表明,震源周边地区岩石圈弹性层厚度最优解为40km,40～220km深度的地幔黏滞因子最优解为6×10~(18)Pa·s,220～670km深度之间的地幔黏滞因子最优解为1.5×10~(19)Pa·s.上述地幔黏滞性构造使远场的均方根误差降为0.12cm,仅为利用均一地幔黏滞性构造所得均方根误差值的15%,大大提高了远场模拟结果的准确性.最后,观测值和模拟值之间的均方根误差分析表明,近场震后形变数据主要约束浅层的地幔黏滞性结构,而远场震后形变数据主要约束深部的地幔黏滞性结构.