黏性阻尼与复阻尼对钢筋混凝土框架结构地震响应影响的分析

本文讨论了利用黏性阻尼和复阻尼模型求解结构动力响应的方法;按相同的阻尼比,分别采用复阻尼模型和黏性阻尼模型计算了两个框架结构在不同地震波作用下的响应,并将结果进行对比,分析了两种不同的阻尼模型对结构动力响应的影响。结果表明,采用不同类型的阻尼对结构响应影响很大。     

不同阻尼体系地震能量输入及阻尼能量耗散计算分析

本文给出了复阻尼体系地震能量输入及阻尼能量耗散计算公式。利用天津、E1Centro、迁安记录及Mexico地震Cale记录计算了复阻尼及粘性阻尼体系的地震能量输入及阻尼能量耗散,并绘制了相应的时程曲线。计算所用阻尼比取0．1及0．05,周期分别取0．3s,0．5s,1s,1．5s及5s。通过计算我们观察到,除迁安记录外,在其它几个地震作用下,对固有周期小于1s的短周期结构,复阻尼体系能量输入及阻尼能量耗散时程曲线值高于相应的粘性阻尼体系(对迁安记录固有周期需小于0．5s)。对中周期结构,两组曲线相近,对于长周期结构,复阻尼体系的能量时程曲线值低于相应的粘性阻尼体系值。对于每个地震记录,有一个临界值,体系的固有周期小于此值时,不同阻尼模型的能量输入、阻尼能量耗散时程曲线值无大差异,当周期大于此值时,不同阻尼模型的能量输入及阻尼能量耗散时程曲线差异较大。复阻尼体系对周期的敏感程度远大于粘性阻尼体系。当周期不变,阻尼比增大时,在峰值点之后,复阻尼体系能量时程曲线基本无大的变化,粘性阻尼体系能量时程曲线有抬高趋势。     

正常工况下大型岸桥地震瑞利阻尼系数计算方法及试验研究

针对大型岸桥地震响应分析中不同的瑞利阻尼系数会导致计算结果存在较大偏差,基于相似模型试验数据与仿真计算结果的对比分析,并综合考虑岸桥边界约束等因素,借鉴工程中常用的瑞利阻尼系数计算方法改进了岸桥结构的阻尼系数计算方法及频率选取方式。利用仿真方法和振动台模型地震试验对比分析不同瑞利阻尼系数下岸桥结构的动力响应,结果表明：瑞利阻尼系数计算方法和频率选取对岸桥结构地震响应的影响随着地震加强而提高,当加速度峰值为0.4g、0.62g,现有的阻尼系数计算方法得到的仿真结果与试验值之间的平均误差超过20%,而采用改进后的阻尼系数计算方法,岸桥地震仿真结果与试验值误差都在10%以内。     

阻尼连体结构地震响应影响参数研究

针对阻尼连体结构,采用串并联质点系层模型,沿连体设置方向施加El Centro1940地震波,讨论了毗邻结构自振周期比与连接体阻尼刚度变化对阻尼连体结构地震响应的影响。研究结果表明:毗邻结构自振周期比与连体阻尼刚度对结构的地震响应影响较大,存在一个使结构地震响应为最优的周期比与阻尼刚度值,为实际工程应用和研究提供一些参考。     

基于正交试验的连续刚构桥地震响应敏感性参数分析

利用大型有限元程序，对某一连续刚构桥进行了地震响应敏感性参数分析。基于正交试验，采用地震时程分析法研究了桥梁跨数和墩高、行波波速、桩土作用、地震波类型等参数对连续刚构桥地震响应的影响。发现不同的反应值，如最大弯矩和最大位移对应了不同的敏感性参数。在所考虑的因素中，墩高和桩土作用对连续刚构桥的地震响应影响较大。     

一种时域复阻尼本构方程

为了将复阻尼理论应用于时步积分计算,本文根据文献［１］提供的建立时域复阻尼本构的思路,首先讨论了通过组合标准线性体构成与复阻尼理论在具有工程意义的频段内等效的时域本构方程的方法,即通过适当选取本构参数使滞回阻尼比和弹性模量与复阻尼理论相应值基本保持一致。然后,用一维波动数值模拟实例,对比了本文建议的本构方程、频域复阻尼理论及粘性阻尼本构对计算结果的影响,论证了本文建议的本构方程应用于地震工程的可行     

瑞利阻尼对砂土场地非线性地震响应的影响分析

在地震荷载作用下,自由场地会产生土体侧向变形和地表响应放大现象。由于土体的高度非线性,计算自由场地地震响应时,不同的阻尼比及剪切模量取值是造成其计算结果与试验结果相差较大的原因之一。目前动力计算常采用瑞利阻尼方法,其系数取值会在一定程度上影响计算结果。选用两模态简化瑞利阻尼系数计算方法,分析土体阻尼比及控制频率的取值对计算结果的影响,对比离心机模型试验,利用开源有限元平台OpenSees,采用适合于土体动力分析的多屈服面本构模型(PDMY),建立剪切梁模型模拟三维自由场地,并分析瑞利阻尼参数对自由场地地震响应和侧向变形计算结果的影响。结果表明,针对相对密度为60%的Nevada干砂,阻尼比为4%、控制频率比为5时,场地响应计算结果与试验结果较为符合。综合分析显示场地非线性响应时域计算时,应特别注意选用的瑞利阻尼参数值。     

关于土层地震反应分析中阻尼矩阵建模方式的讨论

阻尼矩阵的选择对土层时域内地震反应计算的准确性有重要意义。本文构造了质量比例阻尼、刚度比例阻尼、Rayleigh阻尼、Caughey阻尼和Clough阻尼矩阵,研究各阻尼对土层地震反应分析精度的影响。以苏通大桥5号桥塔基础处的工程场地为例,分别以人工合成基岩波,Northridge波、Parkfield波和汶川波为输入,得到不同阻尼模型下土层的地震反应,结果表明Clough阻尼在计算精度和误差稳定性上要优于其他阻尼模型,针对Clough阻尼的不足之处提出了改进方法,算例表明改进后的Clough阻尼能在保证计算精度的前提下减少计算机的存储量和计算量。     

基于粘滞阻尼器的高墩大跨铁路连续刚构桥减震研究

以某高墩大跨铁路连续刚构桥为研究对象,建立了全桥空间动力计算模型,研究了在刚构桥两端桥台上设置粘滞阻尼器对刚构桥地震反应的减震效果。从减小刚构墩的地震反应并兼顾桥台自身的抗震能力两个方面考虑,总结了阻尼器的力学参数取值对结构减震效果及桥台地震反应的影响规律,探讨了阻尼器力学参数的合理取值。结果表明:(1)粘滞阻尼器可显著降低高墩大跨连续刚构桥的地震反应,其力学参数取值对刚构墩及桥台的地震反应影响规律明显不同;(2)刚构墩的墩顶、墩底截面地震内力随速度指数ξ值增大而增大,随阻尼系数C值增大而减小。阻尼器输出力随ξ值增大而减小,随C值增大而增大;(3)从桥台的稳定性角度考虑,应尽量降低阻尼器的输出力,阻尼器力学参数应选择较小的C值与较大的ξ值。     

基于复阻尼模型的时域数值计算方法

复阻尼模型的时域运动方程通解中包含有发散项,导致传统的逐步积分法计算结果不能稳定收敛。为克服该缺点,引入地震加速度在时间步长内是线性变化的假定,利用复化对偶原则,提出了复阻尼模型的时域数值计算方法,可在时间步长内剔除发散项,保证了时域计算结果的稳定收敛。在此基础上,结合模态叠加法,进一步提出了多自由度体系的时域数值方法。算例分析表明:复阻尼模型的时域数值计算结果与谐波作用下时域解析算法、地震动作用下频域法的计算结果近似相等,证明了方法的正确性;对于钢筋混凝土框架结构,复阻尼模型的时域计算结果与黏性阻尼模型近似相等。     

大跨度斜拉桥横桥向减震研究

斜拉桥在横桥向采用塔-梁、墩-梁固结的约束体系,导致其整体刚度增加,地震惯性力增大,给边墩及其基础的抗震设计造成困难。分别采用位移相关型(方案1)和速度相关型(方案2)两类减震装置对一座斜拉桥的横桥向进行了减震研究。方案1在边墩-主梁间设置位移相关型减震装置,并对其屈服荷载进行了参数分析;方案2对速度相关型减震装置的安装位置和数量进行了优化分析,并对其参数取值进行了参数分析;对横桥向固结体系和减震体系的地震反应进行了对比。结果表明:地震作用下两类减震装置发生滞回变形,延长了结构在横桥向的周期,有效降低了边墩的地震剪力和弯矩反应;横桥向墩-梁间的相对位移会增大,可通过减震装置参数的选取将其控制在合理的范围内;塔底的地震剪力和弯矩反应变化不明显。2种方案均可用于斜拉桥横向减震。     

摩擦摆支座在矮塔斜拉桥中减震效果研究

矮塔斜拉桥有着良好的受力性能与美观性能,因此抗震设计对矮塔斜拉桥至关重要。摩擦摆式减隔震设计能够将桥梁上部结构与下部结构分离,从而延长结构的自振周期和摩擦耗能机理来降低和耗散传递到桥梁上部结构的能力。本文以靖远金滩黄河大桥(100+168+100)m矮塔斜拉桥为分析模型,利用摩擦摆式减隔震支座对矮塔斜拉桥的墩身进行减隔震研究,运用MIDAS有限元软件输入不同的地震波以检验摩擦摆系统的减震效果。分析结果证明了在矮塔斜拉桥中应用摩擦摆减隔震支座系统的有效性。     

Seismic response of bridge piers on pile groups for different soil damping models and lumped parameter representations of the foundation

This paper presents a wide parametric study aimed at elucidating the influence, on the computed seismic response of bridge piers, of two related aspects of the model: (1) the adoption of the classical hysteretic or the causal Biot's damping models for the soil and (2) the use of two different lumped parameter models of different complexity and accuracy to approximate the impedances of the pile foundation. A total of 2072 cases, including different superstructures, pile foundations, soil deposits, and seismic input signals, are studied. The results are presented so that the influence of the different parameters involved in the analysis can be assessed. From an engineering point of view, both lumped parameter models provide, in general, sufficiently low errors. The choice of the most adequate model for each case will depend not only on the configuration of the structure and the soil-foundation system but also on the assumed soil damping model, whose influence on the computed seismic responses is relevant in many cases. The nonphysical behaviour provided by the classical hysteretic damping model for the soil at zero frequency generates issues in the process of fitting the impedance functions. It is also found that larger deck displacements are predicted by Biot's model due to the higher damping at low frequencies provided by the classical hysteretic damping model.     

规则梁桥单墩-质点隔震体系地震时程响应半解析法

本文基于带集中参数边界条件的分布参数连续梁理论,推导规则隔震梁桥单墩-质点(SCM)地震时程响应的计算步骤.在控制方程边界条件引入等效基础弹簧和墩顶隔震层变形协调条件,解析地获得各阶实模态,用牛顿法搜索各阶频率.为了处理隔震层非比例阻尼产生的耦联效应,由能量法分配各阶实振型的隔震层附加阻尼比,实现体系的实模态近似解耦,应用振型叠加法求解体系的地震时程响应.最后应用该方法对一规则隔震梁桥SCM体系的地震响应进行分析,与有限元时程积分的结果进行比较,表明此方法的有效性.计算结果表明,采用墩顶隔震策略的单墩-质点体系能显著减小结构响应,具有良好的减震效果.     

Effect of vehicle bridge interaction on seismic response and fragility of bridges

This study focuses on understanding and evaluating the effect of vehicle bridge interaction (VBI) on the response and fragility of bridges subjected to earthquakes. A comprehensive study on the effect of VBI on bridge seismic performance is conducted, providing metamodels for seismic response and fragility estimates for bridges in the presence of various types of vehicles. For this purpose, the performance of multispan simply supported concrete girder bridges with varying design and geometric parameters is assessed with 3 different types of stationary trucks placed atop them. To delineate the effects of VBI and additional truck mass, the trucks are modeled in 2 different ways—with additional masses and suspension springs (ie, with VBI) and using additional masses only (without VBI). The results provide insight on VBI effects, such as the fact that when bridge and vehicle mode shapes are in‐phase, the component responses increase and vice versa; additionally, the presence of a heavy axle near a bent increases component responses. Sensitivity analyses are also performed to determine the bridge parameters that significantly alter the component responses in the presence of vehicles. Furthermore, differences in component responses and fragilities highlight that modeling vehicles with additional masses alone is not sufficient to model the effect of truck presence on the seismic response of bridges. Finally, this study concludes that depending on the characteristics of the bridge and the vehicle, presence of a vehicle atop the bridge during an earthquake may be either beneficial or detrimental to bridge performance.     

减隔震桥梁设计方法及抗震性能研究综述

桥梁作为交通系统中的生命线工程,其抗震性能问题尤为重要。桥梁减隔震技术主要通过减隔震装置来降低结构的地震损伤,目前已发展成为提高强震区桥梁抗震能力的重要措施。为促进减隔震技术在中国桥梁工程领域的进一步发展,首先总结减隔震桥梁的设计方法,归纳其地震反应和震害情况,对采用不同减隔震装置桥梁的非线性动力性能、减隔震效果、地震随机响应、易损性及性能优化方法等研究情况进行梳理;其次,概述减隔震技术在斜交桥、曲线桥及铁路桥梁中的应用情况与研究进展,并介绍新型韧性抗震设计理念在桥梁工程领域中的应用情况和发展前景;最后,总结减隔震桥梁的试验研究情况,指出目前减隔震桥梁研究中的不足和发展趋势。     

常摩擦TMD地震控制效果的理论和实验研究

在TMD中采用摩擦阻尼代替传统的粘滞阻尼,可有效降低TMD的造价,从而促进其推广应用。但摩擦元件是非线性的,给摩擦TMD分析和设计造成了一定的困难。为了研究常摩擦TMD地震控制的特点和规律,文中采用时程分析法进行了简谐激励和地震激励下摩擦TMD对单自由度结构响应控制的理论分析;在理论分析结果的指导下,进行了单自由度主结构和摩擦TMD系统在简谐激励和地震激励下的振动台试验。理论分析和试验结果表明:除了频率比和质量比的影响,摩擦TMD的控制效果和摩擦力大小、激励幅值有关,只要参数设置合适,其控制效果是令人满意的;在设计摩擦TMD时要针对激励大小、目标控制效率进行具体分析。     

Morison方程中动水阻力项对桥梁桩柱地震反应的影响

深水桥梁地震反应计算时,当采用Morison公式考虑水的作用时,增加了一个附加惯性项和一个附加阻尼项,其中附加阻尼项是非线性的。由于非线性附加阻尼项的存在,给采用反应谱方法求解桥梁的地震反应带来不便。讨论了非线性阻尼项对一般桥梁桩、墩结构地震反应的贡献,得到的结论是阻尼项的贡献很小,可以忽略。从而水中桥梁地震反应的计算就得到了很大的简化。     

A review of adverse effects of damping in seismic isolation

In this paper the question of possible adverse effects of damping in seismic isolation because of higher mode response is investigated by means of simple models with a few degrees of freedom (DOF). In particular the second mode response of a 2 DOF system is examined in detail for both viscous and hysteretic (e.g. friction or elastoplastic) damping devices. Qualitative and approximate quantitative estimates are obtained by neglecting the influence of the modal coupling terms, due to viscous damping or friction forces, on the first mode response. It is shown that additional viscous damping has a diminishing effect on base displacement, storey shear force and floor spectra values in the vicinity of the first mode resonance. However, a significant amplification of the floor spectra values near the higher mode frequencies may occur. In accordance with the results of previous works, compared with the viscous damping case, hysteretic damping amplifies moderately the first storey shear force and significantly the upper storeys shear force. It also results, in a much more pronounced amplification of the floor spectral values than viscous damping, in the vicinity of the higher eigenfrequencies. However, the higher modes' response is milder if a realistic velocity dependence of the friction coefficient is taken into account. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.