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.     

黏滞阻尼墙力学模型及其减震结构设计方法研究

目前国内外对黏滞阻尼墙消能减震机理和力学模型研究有限,针对阻尼墙力学特点的结构优化设计方法研究更少。本文通过缩尺黏滞阻尼墙力学性能试验,总结分析了黏滞阻尼墙的力学特性及消能减震机理,提出了适用于广域激励范围的黏滞阻尼墙力学模型,以及带黏滞阻尼墙消能减震高层结构的实用设计方法。     

黏滞阻尼器型伸臂桁架的最优布置形式研究

随着超高层建筑结构体系的高度不断突破刷新,越来越多的超高层建筑采用了中间核心筒与外围框架相结合的结构形式,通过设置伸臂桁架来协调核心筒与框架间的受力和变形,减小核心筒底部弯矩和结构顶部位移,但会带来结构刚度、内力突变等不利影响。本文以兰州金茂大厦为背景,采用ANSYS有限元软件建模和目标函数法优化比选,研究了设置黏滞阻尼器的5种不同布置形式伸臂桁架的抗震性能。结果表明:竖向斜撑型是满足抗震要求的黏滞阻尼器型伸臂桁架的最优布置形式,但同时单斜撑型的阻尼器利用率最高,竖向斜撑型的阻尼器利用率最低。     

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。     

基于向量式有限元的黏滞阻尼减震结构抗竖向连续倒塌动力反应分析

向量式有限元是以向量力学为基础的一种新的结构分析方法,在处理结构大变形等复杂行为时具有较大的优势。基于向量式有限元理论建立了黏滞阻尼单元,对附加黏滞阻尼器的平面钢框架结构进行了抗竖向连续倒塌动力分析,结合拆除构件法,采用MATLAB编制可以考虑初始变形的瞬时卸载法程序,实现结构在构件拆除前的静力分析和构件拆除后动力分析的全过程统一。研究了阻尼器布置位置和参数在结构抗竖向连续倒塌中的性能需求,以失效点竖向位移时程曲线、梁端转角、动力放大系数和结构塑性铰分布为参考指标,对比分析布置阻尼器前后钢框架结构的抗连续倒塌能力。结果表明向量式有限元是一种研究结构竖向连续倒塌动力响应的有效方法,合理布置阻尼器能够有效控制剩余结构的变形和振动,降低构件内力,减少塑性铰个数,较大地提高结构的抗竖向连续倒塌能力。     

形状记忆合金复合黏滞阻尼器设计及分析

利用形状记忆合金的超弹性和滞回耗能特性,研制一种兼具自复位、高耗能及放大功能于一体的形状记忆合金复合黏滞阻尼器(Hybrid Shape Memory Alloy Viscous Dampers,简称HSMAVD),并通过试验研究形状记忆合金复合黏滞阻尼器在循环荷载作用下的力学性能;同时,基于改进的GraesserCozzarelli模型和普通粘滞阻尼器力学模型,建立了形状记忆合金复合黏滞阻尼器的恢复力模型,并对其力学性能进行了仿真分析。研究结果表明:形状记忆合金与粘滞阻尼器复合后具有良好的协同工作能力,可有效发挥形状记忆合金的超弹性和粘滞阻尼器的速度相关特性,使其具有稳定的滞回性能和良好的耗能能力;仿真结果与试验结果吻合较好,验证了文中提出的恢复力模型的正确性,对形状记忆合金复合黏滞阻尼器的研发具有参考价值。     

弱形式时域完美匹配层——滞弹性近场波动数值模拟

本文旨在构建适用于滞弹性近场时域波动有限元模拟的高精度人工边界条件：完美匹配层（Perfectly Matched Layer：PML）,其中阻尼介质时域本构基于广义标准线性体建立.与以往研究不同,本文采用复坐标延拓技术变换弱形式波动方程构建了可直接用有限元离散的弱形式时域PML,规避以往独立对无限域内波动方程及界面条件进行延拓可导致的PML场方程和界面条件匹配不合理引发数值失稳、计算精度低下等问题.其次,针对PML中多极点有理分式与频域函数乘积的傅里叶反变换难以计算的问题,利用PML精度对复坐标延拓函数中延拓参数微调不敏感这一特点,明确给出了参数微调准则以规避多重极点,进而利用有理分式分解给出了一种普适、简便的计算方法,极大地简化了PML计算.基于该方法可实现任意高阶PML.最后,将本文构建滞弹性PML与高阶勒让德谱元（高精度集中质量有限元）结合得到滞弹性近场波动谱元离散方案.基于算例验证了滞弹性PML的计算效率、精度及新离散方案的长持时稳定特性.新离散方案可应用于计入实际介质阻尼的地震波动正、反问题数值模拟,提高波形模拟的精度以及地下波速结构反演的精度和可靠性.

     

黏滞阻尼器连接相邻结构减震优化分析

阻尼器参数的确定是利用阻尼器连接相邻结构进行减震设计的关键.根据随机地震反应理论,以相邻结构的频率比和质量比为参数,推导了结构位移反应均方差与连接阻尼比的关系式,得到了相邻结构的地震反应与频率比、质量比以及连接阻尼比的影响规律,从而得到了连接阻尼器的优化设计参数.根据自振频率相等的原则,探讨了将多自由度体系简化为单自由度体系的分析方法.最后在El Centro波、Taft 波及人工波激励下,对比分析了某相邻10层建筑结构有连接和无连接时的地震反应,表明黏滞阻尼器连接相邻结构具有较好的减震效果.本分析方法可供相邻结构减震设计参考.     

深厚场地地震响应中阻尼矩阵形式的影响分析

深厚覆盖土层地震响应时域分析中阻尼矩阵形式的选取十分重要。本文基于滞后阻尼比和振型阻尼比构造了6种不同的比例阻尼矩阵形式,研究其对深覆盖土层地震响应的影响。以上海某一实际深厚覆盖土层为算例,分别以人工合成基岩地震波、汶川地震时上海佘山记录的基岩地震波为输入,得到6种阻尼矩阵形式下不同深度处的土层地震响应,并以频域解为基准解进行比较。研究结果表明,阻尼矩阵形式对加速度结果的影响程度比位移结果要大,运用同一种阻尼矩阵形式所得结果误差和输入地震波频谱特性有关。地震波自身的频谱特征对阻尼矩阵形式的选取有一定影响,建议综合考虑地震波的频谱特征和场地土层特性来构建合适的阻尼矩阵以获得合理的结果。     

黏滞阻尼器对拉索参数振动的控制分析

提出采用黏滞阻尼器对拉索参数振动进行控制,建立了黏滞阻尼器控制拉索参数振动的运动方程。从频域和时域以及起振幅值等角度,研究了最优黏滞阻尼器对不同垂度拉索参数振动的控制效果;此外,还研究了最优黏滞阻尼器安装位置对拉索参数振动控制效果的影响。研究表明,黏滞阻尼器可以有效控制拉索的参数振动,控制效果与拉索的激励幅值、最优阻尼器的安装位置和斜拉索的垂度有关。激励幅值越大,控制效果一般越差;最优阻尼器的安装位置越靠近跨中,则控制效果越好;黏滞阻尼器对大垂度拉索的控制效果不及对小垂度拉索的控制效果。     

黏弹阻尼层设计参数对阻尼填充墙框架抗震性能的影响分析

设计3组黏弹阻尼层设计参数不同的DIWF模型,采用ABAQUS软件对各个模型进行水平循环荷载作用下的反应分析,研究黏弹阻尼层储能剪切模量、厚度和损耗因子对DIWF的滞回性能、承载能力、刚度特性和耗能能力等性能的影响。结果表明:(1)随着黏弹阻尼层储能剪切模量的增大,DIWF的抗侧刚度和水平承载能力有所提高,但黏弹阻尼层的储能剪切模量过大时,黏弹阻尼层的剪切变形很小,DIWF的耗能能力明显降低,而且墙体容易发生破坏。建议黏弹阻尼层的储能剪切模量不宜大于0.3 MPa;(2)随着黏弹阻尼层厚度的增大,DIWF的抗侧刚度、水平承载力和耗能能力均呈下降趋势,适当减小黏弹阻尼层的厚度,有助于提高结构的滞回耗能性能,还可减少黏弹材料的用量,降低工程造价,但过薄的黏弹阻尼层不能满足剪切变形要求。黏弹阻尼层的厚度宜控制在5~15 mm之间;(3)黏弹阻尼层损耗因子的变化主要影响DIWF的耗能性能,黏弹阻尼层的损耗因子越大,DIWF的耗能能力越强。设计时,应选择损耗因子大的黏弹材料制作黏弹阻尼层。     

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。     

巨子型有控结构体系中黏滞阻尼器参数研究

巨子型有控结构体系(Mega-sub Controlled Structure System,即MSCSS)是一种新型的超高层建筑结构体系.本文针对MSCSS的构造特点,提出一种安装黏滞阻尼器的新的布置方案,通过研究该布置方案中取不同黏滞阻尼器参数时巨子型有控结构体系在罕遇地震作用下的动力响应,提出了与该结构体系动力特...     

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.     

独塔自锚式悬索桥纵向设置黏滞阻尼器参数分析

以鼓山大桥为工程背景,研究黏滞阻尼器对该桥抗震性能的影响。利用非线性动力时程分析的方法讨论了黏滞阻尼器参数C及ξ的不同组合对该桥塔底、墩底、梁端及塔顶等关键部分内力及变形的影响规律。综合考虑桥梁结构各个关键部位的反应情况,得出该桥的拟安装阻尼器的最优参数约为C=1500kN／（m·s）^0.3,ξ=0．30左右。分析结果表明：在纵桥向设置适当参数的阻尼器可有效减小纵桥向位移的同时改善关键构件受力。     

基于模型确认的附着黏滞阻尼器门式刚架地震易损性分析

为研究基于有限元模型确认的门式刚架结构的地震易损性,依据功率谱法对一实测门式刚架结构在环境激励下的时程响应数据进行时频转换,提取结构特征值作为有限元模型确认的目标函数,通过复形法多次迭代,更新有限元模型结构。对确认后的有限元模型进行增量动力分析,得到结构地震易损性曲线,并进一步基于β分布构建震害指数表达式,绘制震害优化比曲线,分析附着黏滞阻尼器结构的抗震性能。结果表明：有限元模型确认理论可减小结构参数不确定性带来的误差,使有限元模型结构性能状态贴近真实结构;附着黏滞阻尼器结构相比初始结构有更好的抗震表现,结构的抗震能力可提升约30%。     

在振动台模型试验中黏滞阻尼器的设计方法

通过有限元分析,计算出原型结构中黏滞阻尼器的合理参数,然后利用阻尼力相似原则,对原型结构中黏滞阻尼器参数进行相似比运算,转化为模型结构中的黏滞阻尼器参数.运用该方法,在连续梁桥纵向消能减震振动台试验中设计模型黏滞阻尼器,从试验结果来看,黏滞阻尼器发挥了良好的消能减震效果.     

黏滞阻尼器对高层钢结构地震易损性的影响

为研究黏滞阻尼器对高层钢结构地震易损性的影响,基于Open SEES有限元分析平台,建立一个25层钢框架结构以及同尺寸附着黏滞阻尼器的钢框架结构,对两个钢框架结构以地震动峰值加速度(PGA)作为地震动强度指标,以结构最大层间位移角θmax为工程需求参数,从太平洋地震工程研究中心(PEER)中选取了15条地震动记录,分别对两个结构进行增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis,IDA),建立结构的IDA曲线簇。结合地震易损性分析,对分析结果进行对数拟合,构筑两个结构的连续易损性曲线,并进一步提出用贝塔分布函数将结果转化为地震动参数-震害指数概率密度函数的概率表达方式,可以更加直观简便地观察到黏滞阻尼器显著的减震效果。该表达方法具有直观性,研究成果可为既有结构的地震灾害风险评估等提供简明且有力的分析方法。     

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...     

附加黏滞阻尼器结构基于性能的抗震设计

基于改进的能力谱法,提出了一种附加黏滞阻尼器结构的抗震设计方法.首先利用改进的能力谱法评估待加固结构抗震性能,若不满足要求则用简单方法计算待加固结构满足给定性能目标所需的附加阻尼比.然后按文中提出的阻尼器阻尼系数3种分配方式,将所需的阻尼比分配于各个楼层.将所提方法应用于10层钢结构的设计,最后对初步设计的消能结构进行非线性动力时程分析,验证了所提方法的精确性.3种阻尼器分配模式下消能结构非线性时程分析结果表明,阻尼力正比于楼层剪力分配模式能取得最保守的设计结果,用改进的能力谱法设计的附加黏滞阻尼器结构能较好地满足给定的屋顶位移性能目标,基本满足层间位移角性能目标.