基于能量原理的粘滞阻尼器附加阻尼系数分配方法研究

以线性粘滞阻尼器加固剪切型规则框架结构为研究对象,基于能量原理提出附加阻尼系数正比于层间位移平方的分配方式。以六层和十二层钢筋混凝土框架为例,以确保结构在中震时保持弹性状态为设计目标,分别采用附加阻尼系数正比于层间位移平方的分配方式以及现有的分配方式,对结构进行消能减震设计。计算结果表明:有控结构均满足中震不坏的要求,层间位移角限值均未超过1/550,减震效果良好;附加阻尼系数正比于层间位移平方的分配方式得出的总阻尼系数最小,为最经济的设计结果。     

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。     

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.     

位移放大型油阻尼器减震结构减震效应分析

针对高层结构在地震作用下层间位移较小,阻尼器性能无法充分发挥的特点,提出一种用于油阻尼器的位移放大装置,可使油阻尼器两端的相对位移放大,提高其产生的阻尼力和耗能能力。以某实际工程结构为背景,基于SAP2000建立其多质点有限元模型,分析两种减震方案在3条地震波作用下的最大层间位移角、基底剪力、加速度放大系数、滞回曲线、能量耗散曲线,以检验位移放大型油阻尼器对结构地震响应的减震效应。结果表明,位移放大型油阻尼器能以更少的布置数量满足减震设计要求,同时获得较普通油阻尼器更为理想的减震效果。     

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。     

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.     

城市桥梁粘滞阻尼器防地震碰撞分析与参数设计

研究了粘滞阻尼器防止城市梁桥地震碰撞反应的效果并提出了其参数设计方法。分析了线性粘滞阻尼器与非线性粘滞阻尼器阻尼系数的等效关系。运用随机振动理论与随机等效线性化理论建立了邻联间安装粘滞阻尼器后最大相对位移及墩顶最大位移的计算方法。以控制邻联最大相对位移小于实际间隙为目标,提出了防碰撞粘滞阻尼器参数设计方法。对1座4跨隔震连续梁桥进行了仿真分析,结果表明:粘滞阻尼器能有效抑制邻联的碰撞反应且不会显著增大桥墩的延性需求。在相同阻尼系数的情况下,粘滞阻尼器的速度指数越小,其防碰撞效果越好。利用人工波进行的时程分析结果验证了参数设计方法的可行性。     

不同目标函数下的金属阻尼器优化布置研究

针对不同目标函数下的金属阻尼器优化布置,在框架结构中分别以层间位移角和层间位移为目标函数,采用逐层布置法和位置参数法两种优化方法进行消能减震分析,对比不同目标函数下的金属阻尼器消能减震效果。结果表明:在相同阻尼器数量下,两种优化方法的减震效果相差不大,结构中的金属阻尼器的滞回曲线比较饱满,消能减震效果较好。     

黏滞阻尼器用于层间位移角超限的既有建筑的优化研究

在水平地震作用下,结构产生较大的层间变形或者结构底部地震剪力较大导致了很多建筑发生破坏。对于既有建筑,可采用安装黏滞阻尼器的加固方法减小其层间位移角,而结构层间位移角和基底剪力等均受阻尼器的位置与参数影响。因此,阻尼器的位置及参数优化的研究有重要意义。对于层间位移角超过现行规范限值的既有建筑结构,文中综合考虑结构变形与结构底部受剪两个目标,提出了黏滞阻尼器竖向位置优化目标函数;然后,设计了4种不同荷载分布情况的混凝土框架结构模型,对于目标函数中两个目标对应的权重系数,分别探讨了其确定方法,给出了简单快速得到权重系数取值的计算公式;最后,提出黏滞阻尼器阻尼系数的优化函数,给出了阻尼器的优化流程。分析数值算例结果说明本文提出的优化方法有效、经济,为黏滞阻尼器用于既有建筑的加固改造提供了有益的参考。     

带刚性伸臂减震层高层结构抗震效果分析

带刚性伸臂减震层高层结构的抗震性能较好,但其相关研究却比较少。本文通过推导黏滞阻尼器的单周简谐振动耗能能力公式,得到黏滞阻尼器在高层建筑中合适的参数设置范围。假定总阻尼系数和单个阻尼器的其他参数不变,比较设置1~4道刚性伸臂减震层时结构的性能差异,可知多道减震层结构单个指标虽不是最好,但综合性能更好。假定单个阻尼器其他参数不变时,通过变化结构总阻尼系数,得知带刚性伸臂减震层高层结构附设阻尼器存在最优总阻尼系数(即最优附加阻尼比),通过对相应内力和位移规律的总结,得到结构合理总阻尼系数的选取规则。由此可知,附加阻尼比大小而非减震层数量才是决定此类减震结构抗震性能的关键。     

设置黏滞阻尼器的钢结构实用减震设计方法

黏滞阻尼器作为一种有效的消能减震装置,已在钢结构建筑中得到了大量应用.然而由于钢结构的延性和阻尼特征,实用的钢结构附加黏滞阻尼器设计方法仍需深度探讨.文中提出一种基于黏滞阻尼器延性需求的减震设计方法.首先,根据钢结构需求量化层间位移角性能目标及目标附加阻尼比,计算黏滞阻尼器延性需求,并确定黏滞阻尼器布置数量、进行控制效...     

基于快速非支配排序遗传算法的阻尼器多目标优化布置

将快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)和并行遗传算法相结合,提出内嵌NSGA-Ⅱ的粗粒度-主从式并行遗传算法。该算法将种群分为多个子种群,每个子种群可独立并行执行NSGA-Ⅱ操作;达到迁移周期时,子种群之间执行迁移操作;完成迁移后,子种群再次独立并行执行NSGA-Ⅱ操作。以最大层间位移角和最大楼层加速度为目标函数,对14层消能减震钢框架结构上的阻尼器布置位置进行优化分析。结果表明：该算法既实现多目标优化,又提高优化速度;对比常规隔层布置方法,该算法可使结构的层间位移角减震系数和加速度减震系数分别至少提高16.82%和16.01%。     

An alternative practical design method for structures with viscoelastic dampers

Viscoelastic dampers (VEDs) are one of the most common passive control devices used in new and retrofit building projects which reduce the structure responses and dissipate seismic energy during an earthquake. Various methods to design this kind of dampers have been proposed based on the desired level of additional damping, eigenvalue assignment, modal strain energy, linear quadratic regulator control theories, and other approaches. In the current engineering practice, the popular method is the one based on the modal strain energy that uses the inter-story lateral stiffness as one of the main variables for damper design. However, depending on the configuration of the structure, in some cases the resulting interstory lateral stiffness can be very large. Consequently, the dampers size would also be large producing much more damping than that effectively necessary, resulting in an increase of the overall cost of the supplemental damping system and causing excessive stress on the structural elements connected to the dampers. In this paper an alternative practical design method for structures with VEDs is proposed. This method uses the inter-story shear forces as one of the main variables to accomplish the damper design compared to what was done in previous studies. Nonlinear time-history analyses were conducted on a 7-story reinforced concrete (RC) structure to check the reliability and effectiveness of the proposed method. Comparisons on the seismic performance between the structure without dampers and that equipped with VEDs were carried out. It is concluded that the proposed method results in a very suitable size of dampers, which are able to improve the performance of the structure at all levels of earthquake ground motions and satisfying the drift requirement prescribed in the codes.     

单跨框架教学楼橡胶隔震与BRB减震联合加固技术研究

新版抗震设防烈度区划图实施以来,大量单跨框架结构校舍因抗侧力体系不合理以及抗震承载力不足急需加固改造。针对单跨框架结构不满足刚度及承载力要求的现状,提出并阐述了BRB减震与橡胶隔震联合加固技术原理,并对昆明某实际单跨框架结构进行了动力弹性和弹塑性有限元分析,结果表明:在多遇地震下,防屈曲支撑（BRB）未屈服,结构整体处于弹性;在设防地震作用下,部分BRB屈服耗能,结构层间位移角最大值为1/582,结构主体处于弹性阶段;在罕遇地震作用下,所有BRB屈服耗能,且其滞回曲线饱满,结构弹塑性层间位移角最大值为1/148,大部分梁端部产生塑性铰,少数柱产生塑性铰,且梁较柱先出铰,表现出良好的抗震性能。研究为单跨框架结构的加固提供一条有效的新途径。     

台湾某钢框架大楼采用阻尼器补强结构减震效果评析

阻尼器是一种效果良好的减震装置,将阻尼器安装于结构中能够适时为结构体系提供阻尼力,从而减小地震作用对结构的破坏。黏滞阻尼器对振动的反应比较敏感,在结构受到较小振动时就可以发挥其减震效果,其阻尼力会随着振动周期和使用状态温度的不同而变化。当地震发生时,安装在结构中的阻尼器会消减地震作用,降低传导到主结构体系的地震能量,减小结构相对位移。本文介绍了黏滞阻尼器的工作原理和安装有黏滞阻尼器的结构体系的阻尼比的计算方法,对减震结构的减震效果的评析方法做出探讨,并以一安装有黏滞阻尼器的台湾某既有钢框架结构为例,分析了(1)该结构在遭受地震作用时的地震反应;(2)该结构体系在不同地震作用水平时的阻尼比,包括主体结构阻尼比和黏滞阻尼器阻尼比;(3)结构安装黏滞阻尼器后的减震效果。实例对本文的减震评析方法和减震效果进行了说明和分析,计算及分析结果表明利用黏滞阻尼器加固既有结构能够取得较好的减震效果,本文所提减震效果评析方法是一种实用有效的评析方法,对类似工程的减震评析具有一定的参考价值。     

带耗能腋撑竖向不规则短肢剪力墙结构减震性能分析

在不影响建筑使用空间前提下,提出在抗侧构件不连续处设置耗能腋撑以改善竖向不规则结构抗震性能。以底部大空间短肢剪力墙结构为研究对象,利用大型通用有限元程序ETABS研究耗能器类型与场地土对耗能腋撑工作性能和竖向不规则结构受力性能的影响。研究表明,黏滞型耗能腋撑对文中分析模型各楼层地震反应有较好的控制效果,对转换层处层间位移角与层剪力最大值减幅最大,分别为40.14%和15.66%,对顶层加速度与基底剪力峰值的最大减幅分别为16.06%和23.57%,黏滞型耗能腋撑最大能耗散输入结构能量的42%,而黏弹型耗能腋撑对结构的控制效果不理想;当地震震级较大、震中距较小时,耗能腋撑对坚硬与软弱场地土的模型结构控制作用相差不大,减震位移比在转换层处达到最小值0.76;随着震级减小或震中距增大,耗能腋撑对该模型结构的控制作用随场地土变硬而逐渐增强,其减震位移比介于0.68～0.74之间。     

隔震结构-设备组合体系的优化设计研究

对于放置有设备的功能性隔震结构,目前的设计方法忽略了结构与设备的动力相互作用,仅满足隔震结构的抗震要求,并不考虑设备的抗震性能.因此,本文给出一种隔震结构-设备组合体系的优化设计方法,考虑设备与隔震结构的相互作用和非比例阻尼影响,以设备和隔震结构同时满足抗震要求为目标函数,采用多种群遗传算法,对隔震结构-设备组合体系进...     

基于零阶和一阶优化算法的建筑结构抗震优化设计

针对第三水准“大震不倒”的抗震设防目标,提出一种建筑结构的抗震优化设计方法,依据“用相同的投资获最好的设计”的设计理念,建立了在强烈地震波的作用下,以建筑结构最大的层间相对位移最小化作为优化目标,同时满足体积约束的优化数学模型,并采用动力有限元分析模型和高效的显式动力分析方法进行结构分析获得最大的层间相对位移,采用零阶和一阶优化算法分别求解优化数学模型,在显式动力分析软件ANSYS／LS—DYNA的基础上进行二次开发,实现了一个三维框架结构的抗震优化设计。数值结果表明该方法能获得较高质量的解,经优化设计后建筑结构的抗震性能得到了很大的改善。