调谐惯容系统的混合隔震体系一致性优化设计

基础隔震技术广泛应用于建筑结构以减轻结构的地震响应.值得注意的是,在隔震体系中减小主结构的加速度响应是以牺牲隔震器变形为代价的.调谐惯容系统(TID)和隔震器组成的混合隔震体系可减小隔震层的位移响应.与传统调谐质量阻尼器(TMD)结构类似,TID 由惯容、调谐弹簧和阻尼元件组成.因此,可直接利用 TMD减震系统的设计公式来确定 TID 的最优参数.首先基于单自由度体系(SDOF)附加 TID的运动方程,推导分析两种 TID和 TMD设计公式,对两者设计公式的前提条件和适用性进行深入的探讨.其后,借助基础隔震体系的benchmark模型来检验设计 TID的可行性和有效性.数值模拟结果表明,在不增加主结构绝对加速度响应的情况下, TID能够显著减小基础隔震结构的位移响应和基底剪力.     

层间隔震结构工作机理研究

本文建立了层间隔震结构动力分析模型,对层间隔震结构地震反应的主要影响系数进行了分析。结果表明:在一定的频率比范围内,当隔震层的位置较高时,隔震结构下部位移和上部加速度均显著减小,表现出与TMD相似的工作机理;当隔震层的位置较低时,隔震结构下部位移和上部加速度均变化不明显,其工作机理与基础隔震相似。隔震层的阻尼比对层间隔震结构的减震效果也有较大影响,阻尼比越大,减震效果越好。     

P-Δ效应对基础隔震结构地震响应影响研究

隔震支座在地震作用过程中水平变形时,会对上部结构附加由于隔震支座P-Δ效应造成的弯矩。国内,关于隔震支座的P-Δ效应对基础隔震结构地震响应具体影响相关的研究,相对较少。采用PERFROM-3D软件,建立上部结构弹塑性的基础隔震结构模型,进行了考虑与不考虑隔震支座P-Δ效应的计算分析,对比了层剪力系数、层间位移、层倾覆弯矩、加速度等地震响应。结果表明:隔震支座的P-Δ效应对基础隔震结构的底层层间位移响应及上部结构柱底转角位移造成一定影响,其它地震响应基本无差异。     

宿迁市文体馆基础隔震非线性时程分析研究

宿迁市文体馆4500座位，约13000m^2,位于8度抗震设防区，主体结构为钢筋混凝土结构空间框架，钢网壳屋盖。该工程采用基础隔震技术设计，在桩基顶面与上部结构之间设置架空层，用作安置设备管道及隔震层。隔震层由叠层橡胶隔震支座和粘滞阻尼器组成。对主体结构基础隔震采用空间模型非线性时程分析方法进行了详细分析，结果表明：采用基础隔震措施可显著降低结构地震作用，上部结构水平地震作用减震系数可按0．25采用；设置附加粘滞阻尼器能较好地解决降低地震作用和限制隔震层位移之间的矛盾，对提高隔震体系的性能具有重要作用。技术经济比较表明，本工程采用基础隔震措施，具有明显的社会、经济效益。     

远场长周期地震动下高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能

高层摩擦摆基础隔震结构在远场长周期地震动长持时的长周期成份作用下,尤其是类谐波成份作用下,隔震层上部结构的减震性能将可能无法得到保证,且摩擦摆支座亦可能产生超限变形。为此,远场长周期地震动作用下高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能需进一步探讨。通过一幢框架-核心筒高层摩擦摆基础隔震结构的非线性地震响应分析,揭示远场长周期地震动,尤其是在类谐和长周期地震动下框架-核心筒高层摩擦摆基础隔震结构的地震响应规律。提出在隔震层增设黏滞阻尼器对结构的地震响应进行控制。结果表明:摩擦摆隔震不能满足结构在远场类谐和长周期地震动作用的减震要求,而且还将放大其作用下结构的非线性响应;组合隔震结构能较有效地控制长周期地震动、特别是远场类谐和长周期地震作用下隔震层上部结构以及隔震层的弹塑性地震响应,尤其可显著减小隔震支座的最大变形,使其不超越隔震支座的容许变形值。     

不对称大底板多塔楼隔震结构的地震响应分析

针对不对称大底板多塔楼隔震结构体系,通过建立地震响应的动力分析简化模型,推导出不对称大底板多塔楼隔震结构体系地震作用下的运动方程。对一实际的不对称大底板多塔楼隔震结构进行地震响应仿真分析,探讨塔楼质量偏心率和塔楼质量比对结构周期比、位移比和层剪力比的影响。结果显示,不对称大底板多塔楼隔震结构扭转角主要由隔震层产生;与不隔震结构相比,不对称大底板多塔楼隔震体系的扭转角减小,可取得较好的减震效果;塔楼与底板的位置分布和质量分布会影响体系的扭转效应和减震效果,应尽量使塔楼的质心与底板质心重合,塔楼质量分布均匀,以减小结构的扭转效应,提高减震效果。     

以振制震--上部结构与下部结构的相互作用

利用上部结构等效模拟TMD(Tuned Mass Damper调谐质量阻尼器)作用,讨论了上部结构对下部结构的反馈作用,提供一种经济、实用的减震方法。通过理论分析及正矢波基底输入计算数据与9组实验数据比较得出结论,TMD减震作用并不乐观,其位移与加速度并非处处同时减小。由于选择质量比和刚度比的范围较窄,在工程实践中很难实现参数控制,因而,必须提高建筑结构实测参数精度,图纸设计参数与实际结构参数相差较大,很难满足TMD减震设计最佳效果要求。不如利用上部结构对下部结构的反馈作用力来实现减震,这样似乎更为经济、实用。     

新型半主动调谐质量阻尼器减震性能的数值模拟

为了改良被动式调谐质量阻尼器(TMD)对建筑结构的减震效果,本文提出了一种新型的可实时调节频率和电涡流阻尼的半主动调谐质量阻尼器(SATMD)。由Hilbert-Huang变换(HHT)识别出结构的瞬时频率,通过基于HHT的控制算法实时调节SATMD的质量进行频率的调谐;通过基于线性二次型高斯(LQG)的控制算法实时调整磁导间距来调节电涡流阻尼系数。为了验证SATMD对建筑结构的减震效果,以一单自由度结构模型为例进行地震响应模拟,同时采用一经优化设计的被动TMD作为对比,并考虑由于主结构的累积损伤等引起自身频率下降而造成被动TMD的去谐效应。以主结构的加速度和位移时程峰值、整体均方根值及TMD的耗能性能作为评价指标,对比了SATMD在主结构发生损伤前后对被动TMD的改良效果。数值模拟结果表明,在主结构发生损伤前后,SATMD均比经优化设计的被动TMD有更好的减震效果及耗能能力。     

基于碰撞调谐质量阻尼器的矮塔斜拉桥减震研究

以一座矮塔斜拉桥为研究对象,分析碰撞调谐质量阻尼器对于该结构的抑震效果。首先介绍了新型碰撞调谐质量阻尼器（Pounding Tuned Mass Damper,PTMD）的减震机理及基于接触单元的非线性碰撞力模型;之后,通过ANSYS软件中的APDL语言实现了PTMD减震系统的时域分析方法,并通过三条实际地震记录验证了PTMD的抑震效果。数值分析结果表明:（1）传统调谐质量阻尼器（tuned mass damper,TMD）及新型PTMD对于矮塔斜拉桥的位移、加速度及塔身弯矩响应均有较好的抑制效果;（2）PTMD相比传统TMD多了一种碰撞耗能模式,其减震效果略高于传统TMD。     

大底盘多塔楼结构的混合隔震控制

结合某实际工程,针对大底盘多塔楼结构提出混合隔震的控制策略,即对大底盘上的一栋或多栋塔楼采用隔震技术,并在隔震层附设一定数量的被动、主动或半主动的减震控制装置。建立了这种大底盘多塔楼结构混合隔震控制体系的运动方程,方程中各塔楼与下部结构及隔震层之间的刚度解耦,并考虑了隔震层的非线性。研究中比较了被动非线性粘滞阻尼器,半主动变孔隙阻尼器与理想主动控制时的减震控制效果。结果表明,这种混合隔震体系可以有效地减小上部塔楼与下部结构的地震反应,提高大底盘多塔楼结构的抗震安全性,取得明显的经济和社会效益。半主动变孔隙阻尼器可以极好地追踪理想主动控制力,取得与理想主动控制相近的减震控制效果。被动非线性粘滞阻尼器也能取得较好的减震效果,且易于维护,经济性较好,从工程应用的角度来看更为现实可行,具有较好的应用推广价值。     

基础隔震结构随机地震响应分析的复模态法

本文对多自由度基础隔震结构的随机地震响应问题进行了系统研究，首先建立了运动方程，然后用第一振型将上部结构展开，针对所得方程为非经典阻尼、非对称质量和非对称刚度情况，用复模态法解耦，获得了以第一振型表示的结构地震响应的解析解，对单自由度体系，此解即为结构响应的精确解，从而建立了两自由度体系在任意非经典阻尼与非对称质量和刚度情况下随机地震响应解析解分析的一般方法。本文方法也可用于带TMD减震结构、无损伤“加层减震”加固结构的随机地震响应分析与优化设计。     

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。     

滑移隔震结构设置连接摩擦阻尼器的地震反应研究

针对罕遇地震作用下,滑移隔震结构滑移量过大控制力不足的问题,提出了带有连接部件,控制滑移隔震结构过大滑移量的被动控制装置-连接摩擦阻尼器。研究滑移隔震结构附加连接摩擦阻尼器时的地震反应情况,并通过实际算例分析表明:滑移隔震结构附加连接摩擦阻尼器能够在不削弱滑移隔震支撑对中小地震控制效果的基础上,有效地控制大震以及罕遇地震作用时,隔震层的最大滑移量和上部结构的响应加速度。验证了滑移隔震结构附加连接摩擦阻尼器的有效性和适用性。     

黏滞阻尼器层间隔震结构振动台试验研究

层间隔震结构是基础隔震结构的发展与延伸,作为一种复杂结构体系,基础隔震结构的工作机理不一定完全适合,延长结构的周期可能无法同时降低上、下部结构的地震响应。此类体系以往的理论及试验研究,隔震层的阻尼多由铅芯橡胶支座提供,采用天然橡胶支座及黏滞阻尼器作为隔震层,进行了层间隔震结构振动台试验研究。设计了一个4层的钢框架模型,依次进行了基础固接、基础隔震、1层顶隔震、2层顶隔震及3层顶隔震的振动台试验研究,测定结构的加速度、层间位移及层剪力系数。试验结果表明:黏滞阻尼器层间隔震结构具有良好的减震效果。建立了层间隔震结构的有限元模型,将有限元分析结果与试验结果进行了对比。     

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。     

近场地震作用下不规则层间隔震结构的动力响应分析

层间隔震结构作为一种新型的隔震形式,不仅可以降低上部结构的动力响应,还可以弥补基础隔震结构的不足.现有研究多集中在远场地震作用下的规则层间隔震结构.本文利用通用结构分析与设计软件SAP2000分别模拟了一幢8层带裙房钢筋混凝土框架层间隔震结构、基础隔震结构和抗震结构,分析并对比了三种结构在近场地震作用下动力响应特征.结果表明在近场条件下三种结构顶层均出现不同程度的鞭梢效应;相比抗震结构两种隔震结构具有很好的减震效果,而且基础隔震结构的减震效果好于层间隔震结构;由于结构刚度突变的部位剪力较大,所以应对其裙楼顶部予以加强.     

强震下基础隔震结构与挡土墙碰撞响应分析

基础隔震结构在罕遇地震作用下可以大幅降低上部结构的地震响应,达到保护结构的目的;但在超过罕遇地震的强震作用下,隔震层位移可能超过预留的隔震沟宽度,隔震结构与周边挡土墙碰撞。建立考虑上部结构非线性的隔震结构模型,设防烈度为8度,进行了超过罕遇地震的强震下地震响应分析,结果表明,隔震结构与挡土墙碰撞减小了隔震层位移,但导致上部结构加速度、位移及层剪力明显放大,放大程度随碰撞刚度及地震动强度的增大而增大,随隔震沟宽度的增大而减小;碰撞刚度增大到一定程度后,层间位移的增大对碰撞刚度的增大不再敏感,加速度及上部结构基底剪力系数则未表现出这一趋势;碰撞还导致支座最大面压的增大及最小面压的减小。     

近断层脉冲型地震动作用下高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能研究

近断层地震动中长周期、短持时和高能量的加速度脉冲将对高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能产生不利影响,考虑土-结构相互作用（SSI效应）后的隔震结构将产生动力耦合效应,可能进一步放大隔震结构地震响应。为此,通过一幢框架-核心筒高层摩擦摆基础隔震结构的非线性地震响应分析,考察近断层脉冲型地震动作用下框架-核心筒摩擦摆基础隔震结构的层间位移角、楼层加速度和隔震层变形等响应规律,揭示隔震体系的损伤机理。基于集总参数SR （sway-rocking）模型,分析不同场地类别与不同地震动类型对隔震体系动力响应影响规律。结果表明:高层摩擦摆基础隔震结构在近断层脉冲型地震动作用下的减震效果相比普通地震动减震效果变差,楼层剪力、层间位移角和隔震层变形等超越普通地震动作用下的1.5倍;对于Ⅲ和Ⅳ类场地类别,考虑SSI效应使隔震结构的地震响应进一步放大,弹塑性层间位移角随着土质变软增大尤为明显。     

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.     

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.