增设节点阻尼器的外附钢框架结构抗震性能试验研究

提出一种组合型减震结构,由钢框架、节点阻尼器和原结构连接组成,外附钢框架将节点阻尼器连接在原混凝土框架结构上形成的增设节点阻尼器的外附钢框架结构,节点阻尼器的剪切滞回变形可以减小结构自身需要消耗的能量,从而提高原结构抗震性能。对原混凝土结构和增设节点阻尼器的组合型结构进行了的振动台试验。通过分析结构在不同地震波激励下的加速度和位移响应,得出楼层加速度和层位移的减震效果。研究结果表明:该结构体系在小震作用下通过提高结构刚度来增强其抗震性能;在大震作用下则可借助节点阻尼器的变形耗能来提升结构耗能能力,结构加速度减震系数达到53%,层间位移减震系数高达72%,验证了增设节点阻尼器的外附钢框架结构的减震效果。     

附加黏弹性阻尼与金属阻尼耗能的自复位墙结构抗震性能对比分析

相对传统结构,自复位墙结构在地震作用下具有更大的变形能力且几乎无残余位移,但其耗能能力较弱,需采用附加阻尼来增加整体耗能.目前,金属阻尼器已广泛用于自复位墙结构,其可显著减小结构大震下的地震响应,但小震下的位移和加速度减震效果不佳.因此,将小变形下即可耗能的黏弹性阻尼器应用于自复位墙结构中.设计一幢10层自复位墙结构,分别采用黏弹性阻尼器和 U 型金属阻尼器作为附加耗能构件,通过弹塑性时程分析对比采用两种耗能机制的结构地震响应.结果表明,黏弹性阻尼器可显著减小自复位墙结构在小震下的位移和加速度响应;U 型金属阻尼器在中震下开始耗能,在大震和巨震下,其减震效果会超越黏弹性阻尼器.因此,为进一步优化自复位墙结构在不同水准地震作用下的抗震性能,建议结合阻尼器的特点进行合理设计.     

应用粘滞阻尼器的高烈度区框-剪结构消能减震分析

基于云南一栋框-剪结构的医院楼,应用粘滞阻尼器进行减震分析;简要介绍了粘滞阻尼器的常用布置原则、计算附加有效阻尼比的方法;采用时程分析方法对有无阻尼器结构模型进行了计算分析,通过对比在小震、大震作用下的计算结果,得出了设置阻尼器的结构体系各项指标均得到很大程度的改善的结论,有效提高了主体结构的安全性能;为类似消能减震结构设计提供参考。     

考虑SSI效应的设圈梁构造柱农村民居振动台试验研究

将参数化建模的方法引入减震结构的分析与设计中,通过预设目标和迭代优化计算,以天水市某高层住宅消能减震结构为例,寻找最优的阻尼器布置方案。为评估和验证该消能减震结构的抗震性能,分别采用Perform 3D和ETABS等软件分析结构在多遇和罕遇地震作用下的结构响应,分析结果表明：小震作用下,消能减震结构的楼层位移、层间位移角、楼层弯矩及楼层剪力均减小6.5%以上,达到了设计要求;大震作用下,结构框架柱、框架梁、剪力墙和阻尼器能够满足既定的性能要求,层间位移角满足规范限值,能够达到“大震不倒”的设计目标,研究结果为实际工程预设减震目标和阻尼器优化布置提供参考。     

设置金属阻尼器的某高层建筑耗能减震分析

为了研究金属阻尼器在高层建筑中的耗能减震效果,在研究金属阻尼器耗能特性的基础上,利用非线性动力时程分析方法,对使用金属阻尼器的某高层建筑进行了8度大震作用下结构的弹塑性反应分析,对比了建筑物的白振周期和振型,绘制了3种地震波作用下的层间位移角曲线,并作了比较分析.结果表明,金属阻尼器耗能特性较好,高层建筑层间位移角明显减小,墙与连梁的破坏程度减小,达到了良好的耗能减震效果.该成果对金属阻尼器在高层建筑中的应用具有一定的参考意义.     

混合控制消能减震伸臂桁架超高层结构抗震性能研究

<正>在超高层建筑结构中,相对于传统伸臂桁架,消能减震伸臂桁架能显著提高结构的抗震性能,但同时也存在一些问题。屈曲约束支撑伸臂桁架在小震下仅提供刚度并不耗能,在中震下屈服耗能有限;而黏滞阻尼伸臂桁架因黏滞阻尼器最大阻尼力的限制,在中震和大震下对结构侧移控制效果不佳。因此,提出了混合控制消能减震伸臂桁架的概念,在超高层结构速度起控制作用的部位设置黏滞阻尼器伸臂桁架,在位移起控制作用的部位设置屈曲约束支撑伸臂桁架,实现屈曲约束支撑伸臂和黏滞阻尼器伸臂的优势互补。     

高层剪力墙结构消能连梁设计案例分析及几个问题的讨论

本文选取两栋高层剪力墙结构住宅工程案例,采用ETABS软件分析并讨论了高层剪力墙结构中安装位移型钢滞变阻尼器连梁进行消能减震设计的几个关键问题。以阻尼器刚度、设计极限位移、附加阻尼比等参数为基本参量,以层间位移角和层间剪力为减震效果优劣评价指标,对比研究了阻尼器空间布设位置和数量变化对结构地震反应的影响规律。验证了阻尼器刚度参数变化影响结构主振周期变化,进一步影响层间剪力减震效果;阻尼器设计极限位移参数变化引起结构整体耗能能力变化,即阻尼器的设置增加了结构附加阻尼比尤其是大震附加阻尼比,使结构大震作用下的层间位移反应得到有效控制。给出了如下设计建议:当在高层剪力墙结构中采用消能连梁进行消能减震设计时,应尽可能将阻尼器布置在受力较大的连梁位置处,并使阻尼器的设计屈服位移和极限位移分别与结构设计弹性层间位移和弹塑性层间位移相匹配。在设计过程中应通过调整阻尼器刚度尽可能延长消能减震结构的基本振动周期,优化阻尼器布设位置和数量,最大限度地增大阻尼器对结构的附加阻尼比贡献,达到显著降低结构地震反应的目的。     

分级屈服型金属阻尼器减震性能分析

本文提出一种由两个不同尺寸的环形金属阻尼器套在一起形成的新型分级屈服型金属阻尼器,阐述了其构造形式和耗能机理,提出其三折线骨架模型并采用三折线随动强化模型模拟分级屈服型金属阻尼器的滞回性能,与试验结果进行了对比分析。利用SAP2000有限元分析程序,分别对纯混凝土框架结构和装有分级屈服型金属阻尼器的混凝土框架结构进行小震、中震和大震下的弹塑性动力时程分析。研究结果表明,分级屈服型金属阻尼器的滞回环饱满,三折线随动强化模型可以较好地模拟阻尼器的滞回特性,其预测结果与试验结果吻合较好。装有分级屈服型金属阻尼器的混凝土框架结构在不同水准的地震作用下均具有较好的抗震性能,结构的地震位移响应明显减小。小震下阻尼器内环开始屈服耗能,外环保持弹性,为结构提供附加阻尼和附加刚度。中震下阻尼器外环开始屈服,和内环一起耗能,实现了内外环分级屈服耗能。大震下阻尼器能有效地控制结构的位移响应,提高结构的整体抗震性能。     

中国东南沿海地震带大震重复性和大震减震作用

本文从物质分异的角度出发并利用现代小震活动资料,讨论了东南沿海地震带历史大震震源区及其附近,今后一段历史时期内是否有大震(M≥0)震源区大震重复性和大震减震作用问题。结果表明,这些历史震源区目前还处在减震阶段,今后一段时间只能以小震或中强地震的活动特点来显示这一弱化区。     

高烈度区某框架结构减震分析研究

为了研究设置金属阻尼器的框架结构的耗能减震效果,以某高烈度区超长框架结构为工程背景,通过有限元软件SAP2000分析了结构在罕遇地震作用下的抗震性能和减震效果。分析结构表明:设置金属阻尼器的某超长框架结构的抗震性能有了很大的提高,在罕遇地震作用下能够满足"大震不倒"的性能要求。     

Control devices incorporated with shape memory alloy

Shape Memory Alloy (SMA) is a type of material that offers some unique characteristics for use in devices for vibration control applications. Based on SMA's material properties, four types of control devices that incorporate NiTi SMA wires are introduced in this paper, which include three types of dampers (SMA damper, SMA-MR damper and SMA-friction damper) and one kind of isolation bearing (SMA-rubber bearing). Mechanical models of these devices and their experimental verifications are presented. To investigate the control performance of these devices, the SMA-MR damper and SMA-rubber bearing are applied to structures. The results show that the control devices could be effective in reducing the seismic response of structures.     

巨-子结构智能隔震体系抗震性能研究

针对巨-子结构隔震体系,在隔震层处或子结构顶部与主结构连接处,施加SMA-压电智能复合阻尼器,从而形成巨-子结构智能隔震体系。本文通过限界Hrovat最优控制算法设计了巨-子结构智能隔震体系的半主动控制器,在此基础上,对巨-子结构智能隔震体系进行了Simulink控制效果仿真分析,同时比较了控制装置安装位置的不同对结构控制效果的影响,并与普通隔震结构的减震效果进行了对比。研究结果表明,智能隔震控制1（隔震层加控制装置）和智能隔震控制2（子结构顶部加控制装置）2种控制方案在控制结构的位移方面效果相差不大。总体而言,智能隔震控制2对于控制子结构单元顶部的绝对加速度效果更为显著,但是相对于普通隔震而言,特别是在控制隔震层位移方面2种方案都具有较好的控制效果。实施智能控制可以有效改善巨-子结构被动控制体系的抗震性能,并能降低隔震结构在遭受强震时由于隔震层出现过大位移导致结构倾覆的危险。     

新型组合隔震支座设计与性能研究

在已有研究基础上,为提高摩擦型组合隔震支座变形能力、改进各摩擦组件位移协调性,建立实体化和参数化计算模型,对新型三段两级摩擦组合隔震支座进行构造及内力分析研究,使用ABAQUS软件对摩擦阻尼器和组合隔震支座进行实体有限元模拟。针对设置常规隔震支座和新型组合隔震支座的某隔震结构案例进行建模及非线性时程地震响应分析,推导组合隔震支座出力和构造参数的关系。研究结果表明,文章所采用的摩擦阻尼器参数化建模方法是准确的,新型组合支座可明显降低支座拉应力,减小隔震层位移,提高结构抗倾覆能力。文章提出的针对摩擦阻尼器的简化单元可大幅提高有限元模型的计算效率。     

Semi‐active fuzzy control for seismic response reduction using magnetorheological dampers

A semi‐active fuzzy control strategy for seismic response reduction using a magnetorheological (MR) damper is presented. When a control method based on fuzzy set theory for a structure with a MR damper is used for vibration reduction of a structure, it has an inherent robustness, and easiness to treat the uncertainties of input data from the ground motion and structural vibration sensors, and the ability to handle the non‐linear behavior of the structure because there is no longer the need for an exact mathematical model of the structure. For a clipped‐optimal control algorithm, the command voltage of a MR damper is set at either zero or the maximum level. However, a semi‐active fuzzy control system has benefit to produce the required voltage to be input to the damper so that a desirable damper force can be produced and thus decrease the control force to reduce the structural response. Moreover, the proposed control strategy is fail‐safe in that the bounded‐input, bounded‐output stability of the controlled structure is guaranteed. The results of the numerical simulations show that the proposed semi‐active control system consisting of a fuzzy controller and a MR damper can be beneficial in reducing seismic responses of structures. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

Predictive control of seismic structures with semi‐active friction dampers

In this paper a predictive control method especially suitable for the control of semi‐active friction dampers is proposed. By keeping the adjustable slip force of a semi‐active friction damper slightly lower than the critical friction force, the method allows the damper to remain in its slip state throughout an earthquake of arbitrary intensity, so the energy dissipation capacity of the damper can be improved. The proposed method is formulated in a discrete‐time domain and cast in the form of direct output feedback for easy control implementation. The control algorithm is able to produce a continuous and smooth slip force for a friction damper and thus avoid exerting the high‐frequency structural response that usually exists in structures with conventional friction dampers. Using a numerical study, the control performance of a multiple degrees of freedom (DOF) structural system equipped with passive friction dampers and semi‐active dampers controlled by the proposed method are compared. The numerical case shows that by merely using a single semi‐active friction damper and a few sensors, the proposed method is able to achieve better acceleration reduction than the case using multiple passive dampers. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

加装减震装置的特高压复合材料支柱绝缘子振动台试验研究

为研究复合材料电气设备抗震性能与减震技术应用效果,对特高压复合支柱材料绝缘子进行了抗震与减震地震模拟振动台试验,研究了设备动力特性和地震响应。白噪声试验结果表明:该复合材料支柱绝缘子在安装减震器后第1阶频率由1.11 Hz降低到1.04 Hz,表明减震器对设备结构的整体刚度影响较小。3种地震波试验结果表明:设备地震响应与地震动峰值加速度在抗震试验中呈线性变化关系,但在减震试验的应力响应中呈非线性变化关系;设备安装减震器后,试验地震动峰值加速度越大,减震效率越高,最高达到了66.32%;而位移减震率与地震动峰值加速度无明显规律,最大位移减震率为49.36%。试验研究结果表明:试验设备安装减震器后抗震性能得到显著提升,为复合材料电气设备抗震性能研究与减震技术应用提供了参考依据。     

逆变型磁流变阻尼器的实验和分析

磁流变液是一种性能优良的智能材料,用其制成的MR阻尼器是一种理想的半主动控制装置。本文提出了一种新型MR阻尼器——逆变型MR阻尼器,给出了逆变型MR阻尼器的设计方法,并设计了一个足尺的阀式逆变型MR阻尼器。实验证明逆变型MR阻尼器阻尼力可调,在电源失效或无电源时能够在大阻尼状态工作,这提高了半主动控制装置在地震中的使用安全性。逆变型MR阻尼器具有良好的可靠性、实用性和经济性。本文最后针对试验中阻尼器出力的可调范围比较小的问题给出了几种改进的思路。     

安装复合MR阻尼器的结构振动台试验研究

对不同控制策略下安装有复合MR(磁流变)阻尼器的模型结构进行了振动台试验研究.在El Centro地震动激励下,基于线性二次高斯(LQG)和广义预测(GP)两种控制算法,针对半主动控制系统、MR阻尼器以恒定电流(-0.5A(Passive-on 1)、0A(Passive-off)、2A(Passive-on 2)的控制系统,以及由半主动控制方式和基础隔震组合而成的混合控制系统,在WINCON/SIMULINK实时控制软件平台下对一个1:4的三层钢框架模型进行了地震模拟振动台试验.试验结果表明:基于复合MR阻尼器的控制系统是有效的,无论是被动控制、半主动控制还是混合控制,都显著降低了模型结构各层的加速度、位移响应;复合MR阻尼器在不通入电流时具有一定的被动控制效果;采用考虑时滞自补偿的广义预测控制效果要好于LQG控制,并且这两种控制策略的都能以较被动控制小的控制力达到较好的控制效果.     

MODULATED HOMOGENEOUS FRICTION: A SEMI-ACTIVE DAMPING STRATEGY

A control strategy for semi-active friction devices leading to efficient hysteretic dissipaters is proposed. The control algorithm makes the contact force between the sliding surfaces of the damper proportional to the absolute value of the prior local peak of the damper deformation. This control logic leads to a non-linear force–deformation relation that satisfies homogeneity of degree one; this means that, like in a linear viscoelastic damping model, when the deformation is scaled by a constant, the force results are scaled by the same constant. The closed-loop system shows rectangular hysteresis loops which enclose an area proportional to the square of the deformation of the damper. Some characteristics of the dynamic response of structures incorporating this type of semi-active damper are investigated. It is demonstrated that in the case of single-degree-of-freedom models, the period of vibration and decay ratio are independent of the amplitude of vibration. In the case of multi-degree-of-freedom models with this type of nonlinearity, the free-vibration response can exhibit natural modes of vibration. A linearization method is proposed and modelling tools for the delay associated with actuator dynamics and for the flexibility of the brace connecting the damper to the structure are presented. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.