钢筋混凝土建筑非线性阻尼性能及阻尼比表达式研究

阻尼比是反映结构耗能能力的参数，它对结构的振动反应有重要的影响。目前结构设计阶段通常取阻尼比为常数，这不能真实反映建筑物的阻尼机理，与阻尼比的实测结果也有很大的差距。通过对建筑物阻尼机理、建筑材料、建筑物和建筑模型阻尼性能试验数据的分析，本文对混凝土强度、纵向配筋率、结构形式和结构变形大小等建筑阻尼性能的主要影响因素进行了分析。在此基础上，本文提出了钢筋混凝土结构非线性阻尼比的统一表达式。     

框架-阻尼框筒结构附加阻尼比简化计算方法

针对框架-阻尼框筒新型减震结构体系,考虑钢板阻尼墙屈服后强化和框架弹塑性,推导了结构附加阻尼比简化计算公式。以某框架-阻尼框筒结构为例,采用试验和有限元分析方法确定公式的参数取值,以此得到结构附加阻尼比的公式计算值,通过与结构动力弹塑性分析值进行对比,论证了简化计算公式的可用性。进一步基于参数分析给出了不同因素对公式计算值的影响。该简化计算方法为框架-阻尼框筒结构方案的快速设计提供了有效途径。     

基于频响函数的高阻尼混凝土悬臂梁试验分析

本文对两根分别为普通C35混凝土悬臂梁及高阻尼混凝土悬臂梁进行了拟静力加载和锤击振动测试的交叉试验。基于结构频响函数,研究高阻尼混凝土悬臂梁基本频率与阻尼比随损伤的变化趋势;考察悬臂梁在不同损伤阶段的裂缝开展情况,建立悬臂梁弯曲动刚度与损伤之间的关系;通过各锤击点不同损伤阶段的频响函数,考察悬臂梁的动刚度退化情况。研究表明:随着控制位移的增加,两悬臂梁构件基本频率均逐渐减小,第一阶阻尼比则先增大后减小;高阻尼混凝土悬臂梁在屈服点后阻尼比显著高于普通混凝土;混凝土悬臂梁动力特性随损伤的关系与悬臂梁裂缝数量、裂缝宽度及塑性发展密切相关。     

罕遇地震弹塑性静、动力分析方法中结构阻尼问题探讨

本文针对罕遇地震弹塑性静、动力分析方法中结构的阻尼问题进行了一些算例和理论方面的探讨.总结了现有"规范"对于结构阻尼方面的规定;针对实际的高层混凝土和高层钢结构算例,探讨了各性能设计阶段结构等效阻尼比的变化情况,以及弹塑性阻尼对于结构静力推覆分析和能力谱方法计算结果的影响;探讨了不同的阻尼比对于罕遇地震弹性和弹塑性动力时程分析结果的影响;指出了将Rayleigh阻尼自然推广到弹塑性动力时程分析中所存在的问题;本文提出了实时阻尼比概念,通过算例分析表明可以较好地改进罕遇地震弹塑性动力时程分析中的阻尼问题.     

台风作用下某高层建筑结构气动阻尼比的实测分析

在台风"灿鸿"、"杜鹃"影响期间,对温州某矩形截面高层建筑进行了现场实测,得到其顶层的风速、风向及多个楼层的加速度响应数据。将加速度数据经EMD处理,应用ERA、ERA-NEx T及AR三种方法,对建筑结构的模态参数与气动阻尼动力特性进行了计算分析,结果表明:ERA、ERANEx T和AR这3种方法得出的频率值及振型都非常接近,频率差值不超过2%,即均可以用计算频率及分析判断振型;但振型阻尼比结果却不同,除一阶振型的比较接近外,其它各阶的数值都有一定程度偏差;在一定频率段的振型结构阻尼比拟合曲线中,柯西(Caughey)阻尼模型(b=2时)与Sergio Lagomarsino经验曲线最为接近;一阶振型气动阻尼比均为负值,且随着风速的增大,其值有减小的趋势,其中ERA、AR方法的斜率较为相似,而ERA-NEx T方法的下降速率较为平缓。     

高阻尼混凝土框架的动力特性与抗震试验

在混凝土中加入高阻尼掺料,从而有效地提高钢筋混凝土结构自身的阻尼比,这是从材料角度出发的一种新的结构振动控制方法。本文利用聚合物的高阻尼特性和材料的表面改性技术,在普通钢筋混凝土柱中掺加一定数量的苯丙乳液和改性的硅粉,制作了3组单层两榀混凝土框架;然后对其进行了试验研究,测定了框架结构的阻尼比和频率等动力特性;并且研究和比较了不同地震动下高阻尼混凝土框架的相对位移和绝对加速度反应。试验结果表明:改性硅粉和苯丙乳液的加入均可以提高混凝土框架结构破坏前后的阻尼比,分别提高52.4%、82.3%和27.5%、42.5%;改性硅粉可以有效地提高混凝土框架结构破坏前后的刚度,分别提高5%和15%~50%;虽然苯丙乳液的加入降低了混凝土框架结构的初始刚度,大约降低17%,但却提高了混凝土框架结构破坏后的残余刚度,提高大约10%~20%。改性硅粉和苯丙乳液的加入对于混凝土框架结构地震反应的减振控制起到了很好的作用。     

全轻混凝土剪力墙结构抗震动力特性分析

为研究不同配筋形式和不同轴压比下全轻混凝土剪力墙的动力特性,对4片全轻混凝土剪力墙试件在拟静力试验下采用锤击方法激振加速度信号,通过对比获得的振型、频率及阻尼比等参数,分析全轻混凝土剪力墙结构在不同损伤程度下的抗震动力特性,为实际工程运用提供理论基础。研究结果表明:随着轴压比增大,结构频率增大,阻尼比减小;斜向支撑钢筋对全轻混凝土剪力墙的阻尼比及频率无明显影响。     

预应力组合网架结构的自振特性分析及现场测试

本文采用子空间迭代法计算了预应力组合网架的自振频率与振型,分析总结了结构的自振特性及其影响因素,诸如索预应力、跨高比、边界条件、板和梁肋偏心、附加质量以及节点刚度的影响,并回归得出预应力组合网架基本周期简化计算公式。同时使用“脉动法”对天津一中新建活动中心楼层预应力组合网架进行了现场动力测试,结果表明预应力组合网架动力计算所采用的计算模型合理、计算分析结果可信,最后使用自由振动法及半功率点法得出了预应力组合网架结构的阻尼比,此值可作为钢与混凝土预应力组合网架结构的参考阻尼比。     

地震作用下多层剪切型组合结构的合理综合阻尼比取值探讨

对于组合结构,提出了一种新的基于单元瑞利阻尼模型的应变能振型阻尼比,并证明了其在特定整体阻尼矩阵下与强迫解耦法的等价性;推导了具有明确理论依据的综合阻尼比计算公式,并基于相应的应变能振型阻尼比得出了结构的刚度综合阻尼比和瑞利综合阻尼比。分别采用复振型分解法和振型分解法对算例结构进行了地震荷载作用下的弹性时程分析,结果表明,瑞利综合阻尼比对于以剪切变形为主的多层组合结构具有良好的计算精度和适用性。     

阻尼修正条件均值谱及其在时程分析地震波选择中的应用

目前时程分析选波常采用目标谱法,即选择反应谱与目标谱有较好匹配的地震波,条件均值谱(CMS)已成为目前国内外广受关注及认可的目标谱。通常的CMS是基于5%阻尼比建立的,当结构阻尼比并非5%时,则需要对CMS进行阻尼修正。本文旨在建立1种CMS阻尼修正方法和计算公式,以便于不同阻尼比结构抗震时程分析的选波工作。以美国SAC Steel Project计划提出的针对洛杉矶地区设计的9层抗弯钢框架为场地和结构实例,建立了3种地震危险性水平(50年超越概率50%、10%和2%)下2%阻尼比的CMS目标谱,并进行了时程分析地震波选择及结构反应的计算。研究表明:提出的CMS的阻尼修正方法可不受衰减关系影响,适用的阻尼比范围(0.5%~30%)及周期范围(0.01s^10s)均较广泛,可用于各种类型的结构的抗震分析。     

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。     

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。     

灌芯混凝土石膏墙板结构抗震性能试验研究

本文通过对2块灌芯混凝土纤维增强石膏板与8个节点构件在低周反复荷载下的抗震性能试验,研究了构件的抗剪承载能力、构件的延性、恢复力特性、耗能能力和破坏特征等特性;通过实测试点工程结构的动力反应,获得结构的自振频率、振型和阻尼比等模态参数。研究表明,该结构在抗震方面具有良好的性能。     

结构-地基动力相互作用体系振动台模型试验研究

本文设计实现了结构－地基动力相互作用体系的振动台试验,通过试验研究了动力相互作用体系的地震动反应的主要规律,由于动力相互作用的影响,软土地基中相互作用体系的频率远小于刚性地基上不考虑结构－地基相互作用的结构频率,而阻尼比例则远大于结构材料阻尼比,软上地基对地震动走滤波和隔震作用,由于上部结构的振动反馈,基底地震动与自由场地震动不相同,上部结构柱顶加速度反应主要由基础转动引起的摆动分量组成,平均分量次之,而弹性变形分量很小,桩身应变幅值呈桩顶大,桩尖小的倒三角形分布,桩上接触压力幅值呈桩顶小,桩尖大的三角形分布,试验表明,结构－地基动力相互作用对体系地震反应的影响是很是显著的,本试验为验证理论与计算分析的研究成果,改进或提出合理的计算模型和分析方法,提出了丰富的试验数据,为进一步研究奠定的基础。     

钢筋混凝土框架结构动力特性研究

本文利用SVSA结构振动信号采集分析系统,对31幢钢筋混凝土框架结构的动力特性进行了现场实测,统计分析结构在环境随机振动作用下的动力特性规律。回归得到了自振周期与房屋层数、高宽比的关系,阻尼比与房屋高度、自振频率之间的关系,可供工程设计参考。     

瑞利阻尼系数的确定方法对框架结构的地震响应影响分析

在结构动力时程分析中常采用瑞利阻尼,阻尼比ξ表示为: (1) ξ=1/2(αω+βω)式中,α和β称为瑞利阻尼系数,ω=2 πf,为圆频率. 赵丽在同济大学硕士学位论文《地震动摇摆分量对框架结构作用的数值分析》中发现,阻尼系数的取值对结构角柱最大位移的影响很大,甚至会导致位移响应曲线出现振荡不收敛的情形,因此合理选取瑞利阻尼系数对结构地震响应计算十分重要.     

高阻尼橡胶阻尼器性能试验研究

本文对3个国产高阻尼橡胶阻尼器进行了变形相关性、频率相关性以及疲劳性能循环加载试验,研究在不同工况下高阻尼橡胶阻尼器的存储剪切模量、损耗剪切模量、最大阻尼力以及等效黏滞阻尼比等力学性能的变化规律。研究结果表明:3个高阻尼橡胶阻尼器力学性能稳定,具有一致性;高阻尼橡胶阻尼器等效黏滞阻尼比较高,具有较好的耗能能力;高阻尼橡胶阻尼器力学性能与剪切变形和加载频率具有一定的相关性,剪切变形越大,阻尼力越大,存储剪切模量、损耗剪切模量以及等效黏滞阻尼比有所降低;加载频率越大,滞回曲线越饱满,存储剪切模量变化较小,损耗剪切模量、最大阻尼力以及等效黏滞阻尼比有所增加;疲劳试验中各力学性能参数均随着循环次数的增加而降低,其中存储剪切模量、损耗剪切模量和最大阻尼力在加载初期下降较快,随着循环次数的增加,加载中后期力学性能参数降低逐渐趋于平缓。     

结构阻尼与材料阻尼的关系

针对固体材料在弹性阶段的内阻尼,采用材料粘弹性本构关系,通过有限单元法建立了考虑剪切变形影响的杆单元阻尼矩阵,得到了材料拉压粘滞系数和剪切粘滞系数之间的关系。我们可以通过实验测试材料的损耗因子或粘滞阻尼系数(材料阻尼),像结构质量矩阵、刚度矩阵一样通过比较确切的计算得到弹性阶段结构内阻尼的阻尼矩阵(结构阻尼),而且此阻尼矩阵既基于材料阻尼实验测试,又便于数学处理,且物理意义明确。其次,本文分析了材料阻尼对结构阻尼比影响,得到了材料损耗因子与结构模态阻尼比间的关系,并通过10层钢筋混凝土剪切型框架结构进一步给出了具体的数值结果。     

三向隔震不锈钢丝金属橡胶力学性能试验研究

为开发金属橡胶三向隔震器,文中针对不同成型密度的不锈钢丝金属橡胶试件,分别在拟静力、动力荷载作用下进行压缩和剪切性能试验,测试试件成型密度、加载幅值、循环加载次数、动力加载频率等因素对金属橡胶材料压缩和剪切滞变性能的影响规律,分析研究各试件的力学性能和阻尼性能。研究结果表明,金属橡胶材料承受压缩和剪切变形时均具有良好的变形能力(压缩荷载下可回复变形达40%,剪切荷载下可回复变形达80%),其滞变耗能能力随着试件成型密度的增大而增大;加载频率和加载次数对金属橡胶压缩和剪切滞变性能几乎没有影响;压缩荷载下试件的割线模量大于剪切荷载下的割线模量,但压缩变形时的等效阻尼比小于剪切变形下的等效阻尼比。     

索网屋盖结构阻尼特性试验研究

为研究悬索结构阻尼特性进行了２．２５×３．００ｍ索网模型试验，探索了阻尼比幅度、阻尼比变化对地震动力内力、动力位移影响规律系列问题。综合试验与理论研究结果，对悬索结构抗震设计给出有效的结论。