日本开发出新的减震结构

日本竹中工程公司、东急建筑公司与日本大学建筑系教授石丸辰治领导的研究室合作,开发出对提高建筑物居住性和大地震对策都有效的减震结构。减震结构需要在屋顶设置减震用的重物,但新开发的减震结构是把最上层居住部分作为“重物”利用,由于比以往铁板等专用重物增加了重量,所以提高了减控效果,还可有效地利用建筑物的空间。据说该结构除     

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。     

复合外套型特高压交流CVT抗震与减震试验研究

为研究复合外套型电气设备的抗震性能与安装减震装置后的减震效果,对其进行特高压交流CVT地震模拟振动台试验研究,分析设备的动力特性与地震响应。白噪声试验结果表明试验设备安装减震器后其结构第一阶频率由1.07Hz略降低至1.04Hz,即减震装置对结构的整体刚度影响较小;人工波试验中原结构在地震动峰值加速度0.2g(PAG=0.2g)抗震试验中设备最大应力与位移响应为46.33 MPa与349.12mm,减震结构在PAG=0.5g抗震试验中,设备最大应力与位移响应为27.64 MPa与330.06mm,设备安装减震装置后抗震性能得到显著提升。试验研究结果可为复合材料电气设备抗震性能研究与减震装置应用提供参数数据。     

大行程板式铅阻尼器在独塔自锚式悬索桥中的应用研究

结合自锚式悬索桥减震控制的研究现状,对大行程板式铅阻尼器在罕遇地震作用下的减震效果进行了分析研究。通过对比铅阻尼器和黏滞阻尼器的分析结果发现,在两种减震方案下结构的地震响应最大值(塔顶纵向位移、梁端纵向位移和塔底纵向弯矩)相差不大。可以说,只要阻尼器的选型(相关力学参数)恰当,大行程板式铅阻尼器的减震效果明显,且与黏滞阻尼器的相当。由于使用寿命长、构造简单、成本低,而且满足结构减震控制对大行程的需求,大行程板式铅阻尼器在独塔自锚式悬索桥减震控制中具有良好的应用前景。     

TMD基础隔震混合减震体系地震响应研究

针对基础隔震体系遭受强地震时隔震层位移较大问题,提出了将调谐质量阻尼器(TMD)与基础隔震技术联合应用,形成一种新型的混合减震体系,以此控制隔震层的位移,同时减小上部结构响应。以一栋七层基础隔震体系为仿真算例,分别分析地震激励下基础隔震结构、调谐质量阻尼器(TMD)设置于基础隔震结构底层和顶层的混合减震体系地震响应。仿真结果表明:附加调谐质量阻尼器(TMD)不但能够有效减小隔震层的地震响应,同时对上部结构的响应也有不同程度的减小;对于附加调谐质量阻尼器位于底层而言,质量调谐阻尼器(TMD)位于顶层能够更有效的减小基础隔震体系的地震响应。     

非平稳地震激励下隔震曲线梁桥振动控制研究

曲线梁桥由于其平面不规则性导致结构在地震激励下产生弯扭耦合效应,使得隔震曲线梁桥的地震响应更加复杂。目前常用的控制方法是将隔震技术与附加减震装置相结合对曲线梁桥进行控制。本文将地震动考虑为一均匀调制非平稳随机过程,针对隔震曲线梁桥长周期、低频率的特点,选取Clough-Pension平稳地震动功率谱模型作为随机地震动输入模型,对无控(NON-C)、经典线性最优控制(COC)以及序列最优控制算法(SOC)三种状态下的曲线桥梁进行随机响应分析。通过建立曲线梁桥在随机地震动作用下的运动方程,求出减震控制结构的位移谱密度、加速度谱密度响应及时变方差。分析结果表明:序列最优控制算法(SOC)在使隔震层位移得到减小的同时,可以更有效地控制上部结构的地震响应,具有更好的控制效果。     

大跨度斜拉桥近断层地震响应及减震效果分析

历次震害表明,近断层地震对大量土木工程结构造成了灾难性的破坏。为了研究大跨度斜拉桥的近断层地震响应规律及其减震装置的减震效果,选取3条典型近断层地震波作为地震输入,利用MIDAS CIVIL软件对大跨度斜拉桥的近断层地震响应进行了分析,并对其减震效果进行了探讨。结果表明:大跨度斜拉桥的近断层地震响应随着PGV/PGA值的增大而大幅度增大,其中速度脉冲效应的影响非常显著;减震措施对纵向近断层地震作用下的减震效果要好于横向地震作用下的效果,且PGV/PGA值越大,减震效果越小。在近断层地震作用下,斜拉桥在考虑减震措施后仍具有较大的梁端位移,需引起足够的重视。     

粘滞阻尼器对空间结构的振动控制效应

采用三向地震波输入对西北高烈度地震带某体育馆进行非线性时程分析,研究粘滞阻尼器对大跨空间结构抗震加固的机理和效果。以节点水平向位移、构件内力作为屋盖振动控制目标,楼层位移及剪力作为下部结构振动控制目标。时程分析表明：不同地震波作用时上部屋盖减震控制效果均较好;但下部结构减震控制对地震波频谱特性较为敏感;设置粘滞阻尼器对不同地震烈度下整体结构的动力响应均能起到有效控制作用;屋盖结构上均匀布置阻尼器比集中布置减震效果好;空间结构振型复杂,减震分析须考虑上下部结构的耦合作用。研究成果可为大跨空间结构采用粘滞阻尼器减振控制提供参考。     

斜入射SV波作用下设置减震层隧道的地震响应

对于距离隧道较远的浅源地震,地震波是以一定角度倾斜传播到隧道近场并对隧道造成破坏。本文采用有限元方法研究了SV波入射角和减震层对隧道地震响应的影响。利用黏弹性人工边界和等效节点力公式建立了二维斜入射SV波的输入方法,并通过算例验证了该方法的准确性。基于所建立的输入方法,研究了有和无减震层隧道在不同入射角下的地震响应,并分析了减震层环向长度的影响。数值结果表明：1)二次衬砌的拉伸损伤和内力峰值随着入射角的增大而增大;2)减震层在不同的地震波入射角下具有良好的减震效果,减震效果随着入射角的增大而减小,且减震层可以减小二次衬砌的竖向加速度分量;3)减震层的环向长度会影响隧道的减震效果。     

大跨斜拉桥的近断层地震响应及减震控制

近断层地震长周期成分丰富,存在速度大脉冲效应;而大跨度斜拉桥一般采用半漂浮体系或漂浮体系,所以固有频率较低。为了研究大跨度斜拉桥在近断层地震作用下的反应规律及减震措施,利用ANSYS软件分析了某半漂浮体系的大跨斜拉桥在近断层地震作用下的时程响应,并对其减震控制方法进行了探讨。研究表明,大跨度斜拉桥的近断层地震响应随着PGV/PGA值的增大而增大,且增大幅度较大,近场脉冲效应较为显著;对于近断层地震作用,不建议采用塔梁弹性连接装置作为主梁纵漂的减震措施,而采用参数适宜的铅挤压阻尼器和粘滞阻尼器则均能获得很好的减震效果;由于大跨度斜拉桥的近断层地震反应较大,应提高其支座的设计允许位移。     

大跨维修机库结构采用耗能支撑的减震研究

大跨维修机库动力特性复杂,针对该类结构的减震研究则刚刚起步。本文结合大跨机库的地震响应特点,提出支撑柱顶与屋盖节点之间设置黏滞流体阻尼支撑的减震方案,对一大跨机库结构采用该减震方法进行了时程分析,对比减震前后结构基底剪力、柱顶侧移以及屋盖的杆件内力、位移。结果表明,该方法可以有效地吸收地震动输入能量,降低整体结构地震响应。由于机库结构特点决定了支撑柱间阻尼器的不均匀布置,导致减震效果在屋盖范围内的不均匀分布,分析结果表明屋盖杆件内力减震效果与杆件地震内力分布规律相吻合,表明该类减震方案对于大跨度维修机库屋盖地震响应具有非常好的针对性。     

考虑土-结构动力相互作用的TMD结构减震控制

本文分析了TMD(Tuned mass damper)在刚性地基和柔性地基情况下的减震控制机理,以某6层钢筋混凝土框架结构为研究对象,分别考虑了土-结构动力相互作用对无TMD控制结构的影响,场地条件对TMD减震控制性能的影响和土-结构动力相互作用对TMD减震控制性能的影响。通过分析得出TMD控制系统的减震效果除了与输入地震动特性有关外,还与场地条件、上部结构和基础的动力特性等因素有关。如果土-结构动力相互作用体系的自振周期远离输入地震动的卓越周期,则相互作用体系的地震响应较小。地基土越软,框架建筑结构层间相对位移地震响应也就越小。如果考虑土-结构动力相互作用效应的影响设计TMD调频系统的自振周期,则TMD的控制效果会有一定程度的提高。     

钢管混凝土框架-混凝土核心筒减震结构振动台试验研究

某超高层钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构因指标超限在设计中采用了耗能减震技术,为了检验该减震结构的抗震性能,制作了1/35的缩尺模型,通过在钢管混凝土框架设置阻尼器或不设置阻尼器,进行模拟地震振动台对比试验,研究了模型结构的动力特性和不同烈度地震作用下的加速度、位移和应变响应。研究结果表明:地震作用下,该钢管混凝土框架-混凝土核心筒减震结构与钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构相比,位移、加速度和应变响应均有一定程度的降低;罕遇地震作用下,通过设置耗能减震构件,层间位移角最大值从超过规范要求的1/84减低至满足规范要求的1/130,表明该减震结构具有更优良的抗震性能。     

应用新型油阻尼器的斜拉桥横向减震体系

为解决斜拉桥横向塔-梁、墩-梁固结体系导致地震响应过大的问题,兼顾斜拉桥横向抗风、隔震需求,基于溢流阀及油阻尼器性能,设计了一种刚度可变的新型油阻尼器,进而提出油阻尼器与滑动球型钢支座、油阻尼器与叠层橡胶支座并用的两种横向减震体系。以某近海双塔双索面斜拉桥为研究对象建立有限元模型,利用时程法计算两种体系减震效果。结果表明:相对于传统的塔-梁固结体系,应用两种减震体系时,塔底弯矩分别降低44. 9%、43. 6%,塔底剪力分别降低40. 7%、39. 0%,且不会引起过大支座位移、残余位移。滑动球型钢支座刚度低,地震响应更小,但缺乏回复机制,支座残余位移稍大;叠层橡胶支座刚度较高,残余位移小,但高刚度使各构件承受更大惯性力,达到相同减震效果需阻尼器提供更高出力。两种塔-梁减震体系各有优劣,但均具有较好的减震效果,均可应用于斜拉桥横向减震。     

高烈度艰险山区跨断层隧道减震层减震技术研究

为进一步提高高烈度艰险山区跨断层隧道的减震性能,依托丽香铁路蒙古哨隧道工程,利用有限差分数值软件FLAC~(3D)对跨断层隧道施设减震层不同模式的减震效果进行研究。研究结果表明:减震层施设于初支与围岩间,其横向位移减小4.17%、竖向位移减小14.32%、最大主应力减小47.89%、最小主应力减小25.93%、最大剪切应力减小27.74%、最小安全系数提高34.62%～59.40%;减震层施设于初支与二衬间,其横向位移减小3.72%、竖向位移减小7.73%、最大主应力减小16.11%、最小主应力减小20.21%、最大剪切应力减小20.73%、最小安全系数提高0.04%～28.38%;减震层施设于初支与围岩间的减震效果优于施设于初支与二衬间。研究成果对于跨断层隧道的减震设计及减震技术有着重要的意义。     

基于能量方程的建筑结构半主动控制

基于地震作用下结构的能量响应方程,本文提出根据结构吸收能量、相对动能和变形能的变化(对时间的一次导数)进行结构的“开-关”半主动减震的控制律;在物理坐标系中对这3种控制律的动力特征和控制效果,以及作动器参数的选取进行了分析。本文针对建筑结构进行了数值仿真。计算结果表明,本文提出的控制律可以有效地减小了结构的位移响应,对随机不确定的地震波均具有良好的减震效果,适应性强,而且控制器参数合理。其中根据结构变形能推导的控制律的半主动控制效果优于其它2种控制律。     

带减震支座的T型开关设备地震响应分析及试验研究

已有震害资料表明,支柱类设备具有较高的地震易损性。本文中提出使用钢丝绳及液压阻尼器组成的复合减震支座减小T型旁路开关的地震响应。本文首先分别对固定支座、钢丝绳阻尼器支座和复合支座的旁路开关进行有限元分析。随后对带复合减震支座的旁路开关进行了振动台试验,识别设备多阶振型,利用加速度响应及质量分布计算各截面弯矩,使用频响函数推算支座的减震效果。结果表明,液压阻尼器可以在钢丝绳阻尼器的基础上进一步减小设备的应力及位移响应。T型旁路开关基频较低且易受到高阶振型影响,设备支柱绝缘子中上部加速度响应最大,顶部位移最大而根部应力最大。减震支座能将设备的应力和位移响应减小大约50%,且设备的应力响应满足安全系数要求。     

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。     

安装形状记忆合金阻尼器的剪力墙结构抗震性能分析

为减轻钢筋混凝土剪力墙连梁的地震后永久性损伤,同时保持连梁的耗能机制,本文提出在剪力墙连梁中安装新型形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)阻尼器,并研究该阻尼器对剪力墙结构地震响应的减震效果。通过一幢12层剪力墙结构地震反应的时程分析,研究了SMA阻尼器的附加刚度比和屈服位移比两项特征参数对结构地震反应控制效果的影响规律。计算分析结果表明,当附加刚度比为0.04～0.05,屈服位移比为0.4～0.5时,可以获得较好的减震效果。     

带消能伸臂桁架超限框筒结构在长周期地震动作用下的反应分析

由于长周期地震动记录相对缺乏,国内外对长周期地震动作用下高层结构的地震响应研究尚不充分,特别是复杂超限高层结构。从2008年汶川地震记录中选择长周期分量明显的61CAT台站记录作为输入,以一245.60m高超限框筒结构为背景,进行了长周期地震动记录不同设防水准输入下的弹性和弹塑性时程分析,并与相应水准El Centro地震动记录输入下的分析结果进行了对比,对比结果表明长周期地震动记录输入下结构的最大水平位移和层间位移角等指标均显著增大,多遇烈度时算例结构X向、Y向最大层间位移角分别为1/218、1/240,远远超出规范限值。进一步,为了考察消能减震措施对超限高层结构在长周期地震动记录下的减震效果,分别在伸臂桁架水平弦杆、竖向腹杆及及斜撑上布置黏滞阻尼器构成水平型、竖向型及单斜撑型消能伸臂桁架,在长周期地震动记录输入下对带不同阻尼器布置形式的伸臂桁架结构进行了分析,结构的最大水平位移和最大层间位移角等指标明显降低,这一结果表明消能伸臂桁架可以较好地控制结构在长周期地震动记录输入下的地震响应,特别是竖向型阻尼器布置控制效果更好,61CAT记录多遇烈度水准输入下X向和Y向最大层间位移角可减小到1/298和1/312;罕遇烈度水准下X向和Y向最大层间位移角可由原结构的1/58和1/75减小到1/87和1/107。与普通地震动记录输入下的结果相比,长周期地震动输入下消能伸臂桁架发挥的控制作用更加明显。