被动控制技术在大跨空间结构中的应用概况

结构被动控制技术将传统的依靠结构自身强度和刚度来增强结构抗力的设计方法转变为利用控制装置吸收并耗散振动能量,是抗震防灾的一种积极有效的设计手段.基于被动控制机理,分别从隔震、消能减震和调谐减震3种途径系统总结了被动控制技术在大跨空间结构中的应用概况,介绍了相应的控制措施和控制效果,给出了实用性的结论,结果可为大跨空间结构的工程设计提供参考.本成果对推动振动控制手段在大跨空间结构中的实际应用具有积极意义.     

大跨空间结构抗震理论发展综述

大跨空间结构由于其体量大且多作为人流密集的公共场所,因而在各种非常规荷载作用下破坏将造成更大的经济损失、人员伤亡和社会影响。系统的从以下3个方面总结了近年来大跨空间结构抗震理论所取得的主要进展:(1)大跨空间结构精细化的抗震性能评估理论,主要包括材料本构模型、地震动多点输入和结构强非线性模拟;(2)大跨空间结构抗震性能提升与修复技术,主要包括结构减震技术和隔震技术的研究与应用;(3)大跨空间结构抗震设计理论与方法,主要包括基于性态的设计方法和功能可恢复性的抗震设计方法。通过以上部分的系统总结和论述,形成大跨空间结构统一的抗震设计指导思想,并对此类结构的抗震研究的发展趋势和方向进行展望,从而为大跨空间结构设计、施工和监测提供借鉴。     

复阻尼地震反应谱的计算方法及其它

本文阐述了为什么要研究复阻尼地震反应谱问题,并给出了复阻尼地震反应谱计算的精确方法．实例计算结果表明,复阻尼反应港与常用的粘性阻尼反应谱之间存在着相当大的差异．文中还简述了复阻尼系统运动方程的建立方法。     

多维地震作用下大跨空间结构的减震控制分析

考虑到多维地震输入对网架结构的不利影响,基于形状记忆合金超弹性,研制出一种兼具自复位、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),并通过试验研究该阻尼器在循环荷载作用下的力学性能;然后以平面四角锥网架模型为基础,将该阻尼器替换部分网架结构杆件,并分析该阻尼器减震控制效果。结果表明形状记忆合金与黏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黏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;采用阻尼杆件替换原杆件的方法既能对结构进行有效的减震控制,又不改变原有的结构形式,是一种优越的减震控制方法,并为HSMAVD被动控制系统在结构抗震中的实际应用提供新思路。     

基于能量原理的粘滞阻尼器附加阻尼系数分配方法研究

以线性粘滞阻尼器加固剪切型规则框架结构为研究对象,基于能量原理提出附加阻尼系数正比于层间位移平方的分配方式。以六层和十二层钢筋混凝土框架为例,以确保结构在中震时保持弹性状态为设计目标,分别采用附加阻尼系数正比于层间位移平方的分配方式以及现有的分配方式,对结构进行消能减震设计。计算结果表明:有控结构均满足中震不坏的要求,层间位移角限值均未超过1/550,减震效果良好;附加阻尼系数正比于层间位移平方的分配方式得出的总阻尼系数最小,为最经济的设计结果。     

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。     

正常工况下大型岸桥地震瑞利阻尼系数计算方法及试验研究

针对大型岸桥地震响应分析中不同的瑞利阻尼系数会导致计算结果存在较大偏差,基于相似模型试验数据与仿真计算结果的对比分析,并综合考虑岸桥边界约束等因素,借鉴工程中常用的瑞利阻尼系数计算方法改进了岸桥结构的阻尼系数计算方法及频率选取方式。利用仿真方法和振动台模型地震试验对比分析不同瑞利阻尼系数下岸桥结构的动力响应,结果表明：瑞利阻尼系数计算方法和频率选取对岸桥结构地震响应的影响随着地震加强而提高,当加速度峰值为0.4g、0.62g,现有的阻尼系数计算方法得到的仿真结果与试验值之间的平均误差超过20%,而采用改进后的阻尼系数计算方法,岸桥地震仿真结果与试验值误差都在10%以内。     

超高墩大跨铁路连续钢桁梁桥粘滞阻尼消能减震研究

针对某超高墩大跨铁路连续钢桁梁桥,建立了考虑桩-土动力相互作用、超高墩几何非线性P-Δ效应的全桥空间有限元模型,考虑了由于粘滞阻尼的非比例阻尼影响,并通过应变能理论将结构不同部位的振型阻尼引入到分析模型中.基于确定的粘滞阻尼器布置方案,研究了阻尼指数和阻尼系数对结构减震的影响规律,采用参数敏感性分析方法对阻尼器参数进行...     

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.     

大跨开合屋盖风荷载与风致响应试验与数值计算研究

为研究屋盖开孔对大跨结构风效应的影响,在边界层风洞中开展了大跨开合屋盖刚性模型风洞测压试验,分析了结构表面风荷载分布特征,基于时域分析法研究了屋盖开合对风致响应的影响。结果表明:大跨结构模态密集,第一阶模态能量最大,高阶成分的贡献不容忽视;屋盖开洞能有效的减小屋面风荷载,降低位移响应与加速度响应,减小风振系数。研究结果可为大跨开合屋盖风荷载设计提供参考。     

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。     

地下结构抗震计算地基弹簧系数取值方法研究

荷载-结构模型是地下结构抗震计算中常采用的模型,模型中地基弹簧系数的确定是关键。为了简便、可靠地计算地基弹簧系数,在已有基床系数计算公式的基础上,建立了地基弹簧系数的经验计算公式,以有限元分析结果为数据基础,对公式的系数进行拟合,将公式拓展用于成层土体。选取算例验证了建议公式的合理性和准确性,分别采用建议公式、日本抗震准则公式以及有限元法计算了某地铁区间站结构的地基弹簧系数,并对在此基础上计算所得的地震作用下结构的内力进行了对比分析。     

多跨简支规则直线梁桥横桥向地震反应合理简化计算模型研究

以多跨简支的直线梁桥为研究对象,在对比分析主要抗震国家现行桥梁抗震设计规范关于结构横向地震反应计算所采用的简化方法的基础上,通过变化跨径比、墩高、桥墩刚度比等主要结构设计参数,对刚性梁模型与柔性梁模型在模拟结构横桥向地震反应方面的合理性进行比较,提出了适用于多跨简支规则直线梁桥横向地震反应计算的合理简化模型,并对简化计算方法进行改进。     

多点输入下大跨空间索结构的非平稳响应分析

将非平稳地面运动的加速度表示为零均值的平稳随机函数乘以调制函数的形式,借助于虚拟激励法,解决了计算量与精度的矛盾,计算了大跨空间索结构的随机地震响应,即时变加速度功率谱和时变位移方差,比较分析了多点和一致2种输入方法下索结构非平稳响应的差异及多点输入下结构平稳和非平稳响应的差异,并且分析了视波速、结构跨度和阻尼比等因素的影响。通过分析可以看出虚拟激励法对于分析大跨度空间索结构的非平稳随机地震响应是非常适合的,而且是高效的。     

考虑河谷场地效应的大跨CFST拱桥地震响应分析

本文对某特大跨上承式铁路钢管混凝土拱桥建立“V”型河谷场地有限元动力计算模型,结合时空解耦的时域动力有限元方法,研究“V”型河谷场地效应对其地震响应的影响,并考虑地震入射角、行波速度及地震动峰值等因素对场地效应的影响。结果表明:海拔高且坡度均匀的地形使地震波在反射过程中能量增大,海拔较低且坡度下陡上缓的地形使地震波在反射过程中能量减少,“V”型河谷场地效应使大部分钢管混凝土拱圈截面内力测量值放大作用明显;“V”型河谷场地地形效应与地震波的入射角、行波速度及加速度峰值等因素均有关联,且CFST拱肋面外受弯抗震性能受行波速度的影响较大。因此,钢管混凝土拱桥抗震设计中应注意场地地形效应及行波速度的影响。     

大数据时代的地球动力学数值计算方法回顾与展望

随着大数据时代的到来,计算地球动力学数值计算方法体系更加完善.本文系统地回顾了传统数值模拟方法在计算地球动力学领域的应用进展,包括:有限差分法、有限单元法、谱方法和谱元法;并对近年来一些新发展的算法和应用前景进行了综述,如:不连续Galerkin法、小波方法和格子玻尔兹曼方法等.本综述有助于读者以整体视角了解地球动力学数值计算方法的发展脉络,并对大数据时代下研究适应日益丰富的数据和新算法提供有益参考.     

基于自相似河网结构的河网消退系数Cs计算方法研究

新安江模型河网汇流参数Cs对洪峰模拟影响较大,目前Cs的确定需依赖于大量的历史数据,因此Cs的确定成为无资料地区和资料匮乏区水文模型应用中亟需解决的棘手问题.本文基于参数的物理意义,通过自相似河网结构的假定,构建Cs与河网形态、流域下垫面特征的相关联系,提出基于河链蓄量方程的Cs估算方法,对半干旱、半湿润和湿润地区等不同水文气象分区的11个流域的Cs值进行推算并代入新安江模型中进行模拟,经比较发现,11个流域子流域Cs计算均值与新安江模型率定结果相近,说明该Cs计算方法是合理的.选取陈河、屯溪两个典型流域研究单元流域属性对Cs的影响,由结果可以看出Cs与流域面积、河链数、河宽呈正相关,与单元流域距离出口的远近呈负相关,这表明流域分块后各单元流域Cs值不一致,而新安江模型中采用相同Cs值对不同单元进行调节必然会造成汇流计算的误差.为进一步提高该方法在无资料地区的应用效果,将新安江模型汇流模块修改为每个单元使用对应的Cs计算值进行滞后演算,以陈河和屯溪流域为例采用新安江模型Cs率定值、Cs计算均值以及修改后新安江模型3种不同方案进行模拟比较,从模拟结果可以得出,修改后的模型具有明显优势,将模型参数与下垫面条件建立了联系,模型物理机制提高且参数的独立性增强,对于新安江模型在无资料地区的应用具有重要的指导意义.     

考虑重力P-△效应影响的层间位移谱计算方法

基于重力剪切梁模型研究竖向重力P-△效应对连续梁层间变形的影响,利用Bessel级数给出了重力作用影响下剪切梁的自由振动的解析解,提出了一种可考虑重力效应影响的层间位移谱计算方法,将加州理工大学Iwan教授的纯剪切梁模型推广到重力P-△作用影响的情形.