大跨度悬索桥加劲梁纵向运动特性及其电涡流阻尼控制研究

大跨度悬索桥在交通荷载和环境激励下,加劲梁产生持续不断的纵向往复运动,这类振动会导致悬索桥上的连接构件如伸缩缝等出现疲劳破坏。抑制这类振动一般是在梁端安装阻尼装置,这类装置不仅能够减少运营状态下的梁端位移,还能减弱地震作用下的梁端位移响应。本文提出采用耐久性能良好的新型电涡流阻尼器(ECD)进行梁端位移控制并对其减振效果进行了评估。首先对某大跨度悬索桥的实测纵向位移数据进行时域和频域分析,通过简化建立了悬索桥纵向振动的单自由度模型(SDOF),并反演了运营状态下的等效外力时程。然后对悬索桥简化SDOF模型在运营状态等效外力时程作用下和地震激励下的响应进行了计算,并评估了ECD在运营低速状态下线性阻尼和地震高速状态下非线性阻尼的减振(震)控制效果,提出了平衡两种状态控制目标的阻尼器参数合理取值范围,为ECD在悬索桥加劲梁纵向位移控制领域的应用提供了一定的理论依据。     

地冲击荷载作用下双层结构磁流变阻尼器隔震效果的数值模拟

在抗爆结构中,一般采用单层隔震系统进行隔震,目前单层隔震系统的最大隔震率可以达到90％以上,但在加速度峰值很高的冲击荷载作用下,隔震后的结构响应加速度仍然很大。鉴于这种情况,本文对加入磁流变阻尼器（MRD）的双层隔震系统进行了研究。针对抗爆结构的两种典型荷载,采用改进Bouc—Wen模型和模糊控制方法,利用Matlab Simulink对双层隔震系统进行了数值模拟,计算了不同荷载作用下,不同隔震系统的加速度、位移及结构的振动剂量值（VDV）的响应,并与结构采用单层隔震系统的结果进行了对比。结果表明,与单层隔震系统相比,带有磁流变阻尼器的双层隔震系统没有太多的优越性。     

具有单个和多个调谐质量阻尼器结构受控振型的频率响应方程

采用频域分析方法考虑了（ＴＭＤ）在结构中的位置和结构振型特征,推导了具有单个调谐质量阻尼器（ＳＴＭＤ）和多个调谐质量阻尼器（ＭＴＭＤ）的多自由度结构受控振型广义坐标的频率响应方程,同时还相应给出了具有ＳＴＭＤ和ＭＴＭＤ的非广义单自由度结构的频率响应方程,通过对比分析得出了重要的结论。     

列车制动力对大跨度铁路斜拉桥地震响应影响

以一大跨度铁路斜拉桥为背景,根据高速列车制动模型,获得列车制动力,采用动力时程分析方法,分析列车制动力和地震共同作用及地震单独作用下斜拉桥结构响应,在此基础上,研究列车制动力作用对结构地震响应影响。结果表明,列车制动力作用对地震作用下梁端和塔顶位移影响较塔底剪力和弯矩大。当不设置黏滞阻尼器时,列车制动力对结构地震响应影响不显著;设置黏滞阻尼器后,列车制动力对梁端位移影响显著。     

高拱坝伸缩横缝间布设阻尼器对坝体地震反应影响的研究

对设置伸缩横缝的小湾高拱坝结构，应用子结构理论，分别就正常高水位与常遇低水位两种水位工况，考虑坝体伸缩横缝在地震交变荷载作用下反复开合引起的缝面间滑移、接触等效应的影响，坝体-库水的相互作用而产生的动水压力的影响，对坝体的抗震性能进行了地震反应分析。对伸缩缝间设置阻尼器这新的设计思想进行了可行性的研究，论证推导了阻尼器的计算模型，探讨了阻尼器对坝体抗震性能的影响。     

黏滞阻尼器在单层网壳结构中的优化布置

目前采用黏滞阻尼器对单层网壳结构进行减振控制时,阻尼器最优布置位置通过试算确定。针对此问题,推导了地震作用下黏滞阻尼器耗能公式,提出了以能量比例系数为评价指标的阻尼器优化布置准则。以单层球面网壳和单层柱面网壳为例,对比分析了地震作用下分别采用优化布置准则与现有布置方式布置阻尼器时结构最大节点位移减振系数,验证了所提出优化布置准则的正确性及在单层球面网壳和单层柱面网壳中的适用性。     

设有粘弹性阻尼器的结构体系的受力分析

探讨了安装有粘弹性阻尼器的结构体系在地震荷载作用下,其结构刚度,结构阻尼,阻尼器刚度和阻尼器经对体系层间剪力分配的影响,给出了大阻尼结构体系在进行结构抗震设计时层间剪力的分配原则,分析了粘弹性阻尼材料在地震荷载作用下,由于吸收地震能量而导致的温度升高对结构减震效果的影响。     

地震作用下室内设备半主动控制方法研究

为了有效地减小重要设备在地震荷载下的动力反应，本文采用可控粘滞流体阻尼器进行半主动控制。本文首先建立安装阻尼器的主体结构(设备系统)的动力方程，在此基础上以设备的相对位移和相对速度作为控制变量，提出了相应的半主动控制解法。数值分析表明，安装可控粘滞流体阻尼器后，设备的加速度和设备层的相对位移得到显著的减小。     

多层结构MTMD振动控制系统参数优化研究

采用振动控制算法中的线性二次型最优控制,研究了在地震作用下的结构控制作用系统参数优化设计,即假定控制器数量、位置,对控制作用参数进行优化.将选取的主结构简化为多自由度模型,将MTMD(多重调谐质量阻尼器)对结构的反力与地震荷载共同作为结构的荷载输入分析;基于对主结构多模态耦合作用的考虑以及MTMD加载位置的初步假定,以二次型性能指标对系统状态方程加以控制.得到控制效果与利用最优参数法的结构控制效果做进一步比较验证.最后利用ANSYS优化设计模块,对已得到的控制器参数进行二次优化.     

多点冲击荷载作用下K6型单层球面网壳结构失效机理分析

为研究单层球面网壳结构在多点冲击荷载作用下的失效机理,在ANSYS/LS-DYNA中建立了60m跨度的Kiewitt 6型单层球面网壳结构的有限元模型,将整个网壳结构沿肋杆分成6个不同扇区,沿环杆分成5个不同环区,分别对网壳结构在同一环区和同一扇区受到多点冲击时的动力响应及冲击全过程能量传递的规律进行了分析研究。基于网壳结构失效变形特点,定义了多点冲击荷载作用下单层球面网壳结构的4类失效模式;根据整个冲击过程中能量的传递特点,揭示了单层球面网壳结构每类失效模式所对应的失效机理。     

附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点动力循环荷载累积损伤分析

为研究附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点地震损伤演化规律,进行6个该类型构件的动力荷载试验,并分别采用位移型、能量型及位移-能量混合型损伤模型对其进行全过程评价,采用Park-Ang模型分析试件黏滞阻尼器型号、试件类型等因素对混凝土传统风格建筑梁柱节点损伤行为的影响。研究结果表明：附设黏滞阻尼器可显著提升传统风格建筑节点的承载能力、延性性能及耗能能力,结构的抗震性能得到较大幅度的提升;Park-Ang损伤模型与Banon损伤模型适用于传统风格建筑节点损伤演化规律的描述,建议对该类型节点的损伤规律表征选用该损伤模型。黏滞阻尼器型号可在一定程度上影响传统风格建筑的损伤演化发展;设计阻尼力大的试件虽然延性有所提高,但受荷过程中累积损伤也较大。     

Development of elasto-plastic viscous damper finite element model for reinforced concrete frames

By advancing the technologies regarding seismic control of structures and development of earthquake resistance systems in the past decades application of different types of earthquake energy dissipation system has incredibly increased. Viscous damper device as a famous and the simplest earthquake energy dissipation system is implemented in many new structures and numerous number of researches have been done on the performance of viscous dampers in structures subjected to earthquake. The experience of recent severe earthquakes indicates that sometimes the earthquake energy dissipation devices are damaged during earthquakes and there is no function for structural control system. So, damage of earthquake energy dissipation systems such as viscous damper device must be considered during design of earthquake resistance structures.This paper demonstrates the development of three-dimensional elasto-plastic viscous damper element consisting of elastic damper in the middle part and two plastic hinges at both ends of the element which are compatible with the constitutive model to reinforce concrete structures and are capable to detect failure and damage in viscous damper device connections during earthquake excitation. The finite element model consists of reinforced concrete frame element and viscous damper element is developed and special finite element algorithm using Newmark׳s direct step-by-step integration is developed for inelastic dynamic analysis of structure with supplementary elasto-plastic viscous damper element. So based on all the developed components an especial finite computer program has been codified for “Nonlinear Analysis of Reinforced Concrete Buildings with Earthquake Energy Dissipation System”. The evaluation of seismic response of structure and damage detection in structural members and damper device was carried out by 3D modeling, of 3 story reinforced concrete frame building under earthquake multi-support excitation.     

变间隙粘滞阻尼器的性能分析

基于半主动控制理论,本文提出一种新型的间隙式粘滞阻尼器。通过改变阻尼器缸体内径形成合理的阻尼通道间隙,使阻尼系数具有随位移改变而变化的特性。在幂律流体本构关系的基础上,建立了粘滞阻尼器的阻尼力计算模型。理论计算表明：新型间隙式阻尼器的减振性能显著优于常规间隙式阻尼器。     

Energy dissipating restrainers for highway bridges

Recent destructive earthquakes have demonstrated the vulnerability of highway bridges to collapse due to excessive movement beyond the available seat widths at expansion joints. This paper investigates the efficacy of using energy dissipating restrainers at expansion joints for preventing collapse of highway bridges in the event of a severe earthquake. The restrainer consists of a nonlinear viscous damper and an elastic spring connected in parallel or in series. Two-dimensional finite element analysis using bilinear hysteretic models for bridge substructure joints and nonlinear gap elements for expansion joints is performed on example bridges with one or two expansion joints. The analytical study demonstrates that the energy dissipating restrainers are effective in reducing the relative opening displacements and impact forces due to pounding at the expansion joints, without significantly increasing ductility demands in the bridge substructures.     

增设节点阻尼器的外附钢框架结构抗震性能试验研究

提出一种组合型减震结构,由钢框架、节点阻尼器和原结构连接组成,外附钢框架将节点阻尼器连接在原混凝土框架结构上形成的增设节点阻尼器的外附钢框架结构,节点阻尼器的剪切滞回变形可以减小结构自身需要消耗的能量,从而提高原结构抗震性能。对原混凝土结构和增设节点阻尼器的组合型结构进行了的振动台试验。通过分析结构在不同地震波激励下的加速度和位移响应,得出楼层加速度和层位移的减震效果。研究结果表明:该结构体系在小震作用下通过提高结构刚度来增强其抗震性能;在大震作用下则可借助节点阻尼器的变形耗能来提升结构耗能能力,结构加速度减震系数达到53%,层间位移减震系数高达72%,验证了增设节点阻尼器的外附钢框架结构的减震效果。     

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。     

Optimum viscous damper for connecting adjacent SDOF structures for harmonic and stationary white‐noise random excitations

The dynamic behaviour of two adjacent single‐degree‐of‐freedom (SDOF) structures connected with a viscous damper is studied under base acceleration. The base acceleration is modelled as harmonic excitation as well as stationary white‐noise random process. The governing equations of motion of the connected system are derived and solved for relative displacement and absolute acceleration responses of connected structures. The response of structures is found to be reduced by connecting with a viscous damper having appropriate damping. For undamped SDOF structures, the closed‐form expressions for optimum damping of viscous damper for minimum steady state as well as minimum mean square relative displacement and absolute acceleration of either of the connected SDOF structures are derived. The optimum damper damping is found to be functions of mass and frequency ratio of two connected structures. Further, numerical results had indicated that the damping of the connected structures does not have noticeable effects on the optimum damper damping and the corresponding optimized response. This implies that the derived closed‐form expressions for optimum damper damping of undamped structures can also be used in practical applications for damped structures. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

油缸孔隙式粘滞阻尼器理论与性能试验

首先研究了双出杆油缸孔隙式粘滞阻尼器的构造,讨论了不同类型粘滞流体的特性;然后,在幂律流体本构关系的基础上,建立了相应粘滞阻尼器阻尼力计算模型;设计制作了一个油缸孔隙式粘滞阻尼器,并进行了详细的性能试验,通过试验结果的统计分析,得到了阻尼力计算的方法。     

屋盖悬挑端加固减振试验研究

大跨网架屋盖挑檐部分风致响应较大,提出附加杆件、粘弹性阻尼器及粘滞阻尼器三种加固减振方法。设计制作正置四角锥体单元空间网架足尺子结构试验模型,基于带悬挑平屋盖风压分布风洞试验数据,对三种加固足尺子结构试验模型进行不同风向角下风荷载时程的加载。分析结构风致加速度与位移响应,结果表明:附加杆件加固后网架刚度增大,加速度响应增大,位移响应减小;附加粘弹性阻尼器,结构加速度与位移响应均降低;附加粘滞阻尼器,结构加速度响应减小,位移减小效果不明显。