Seismic response of steel structures with seesaw systems using viscoelastic dampers

Vibration control systems are being used increasingly worldwide to provide enhanced seismic protection for new and retrofitted buildings. This paper presents a new vibration control system on the basis of a seesaw mechanism with viscoelastic dampers. The proposed vibration control system comprises three parts: brace, seesaw member, and viscoelastic dampers. In this system, only tensile force appears in bracing members. Consequently, the brace buckling problem is negligible, which enables the use of steel rods for bracing members. By introducing pre‐tension in rods, long steel rods are applicable as bracing between the seesaw members and the moment frame connections over some stories. Seesaw mechanisms can magnify the damper deformation according to the damper system configuration. In this paper, first, the magnification factor, that is, the ratio of the damper deformation to the story drift, is delivered, which includes the rod deformation. Results of a case study demonstrate that the magnification factor of the proposed system is greater than unity for some cases. Seismic response analysis is conducted for steel moment frames with the proposed vibration control system. Energy dissipation characteristics are examined using the time‐history response results of energy. The maximum story drift angle distributions and time‐history response results of displacement show that the proposed system can reduce the seismic response of the frames effectively. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

粘弹性介质地震波传播特征及反射特征研究

理想弹性介质并不能解决许多复杂的实际问题。在实际介质中,地震波的传播过程存在吸收作用,使地震波能量发生了损耗、频带变窄、相位延迟、频率降低,尤其是高频部份。这种特性可以用传播矢量和衰减矢量来表示,衰减矢量越大,介质的吸收越强。这里通过引入广义平面波、纵横波品质因子以及衰减角,利用应力应变关系和连续性条件,推导了粘弹性介质精确的Zoeppritz方程,并通过求解精确的Zoeppritz方程,分析了粘弹性介质中传播矢量、衰减矢量、纵波反射系数、转换波反射系数与频率、衰减角、入射角、品质因子、速度等物理量之间的关系,详细地了解了粘弹性介质中地震波传播特征及反射特征,为粘弹性介质中储层预测问题的研究提供了理论基础。     

邯郸地区主要断裂库仑破裂应力模拟与地震危险性分析

首先基于粘弹性有限元模型,结合邯郸地区活动断裂探测、历史强震数据及区内岩石圈介质分布,建立三维粘弹性有限元断层模型;然后代入运动学特征边界条件,模拟目标区活动断裂上发生地震引起的应力应变场变化;最后计算1830年磁县地震引起的周围断裂面和滑动方向上产生的库仑破裂应力变化,分析未来目标区强震危险性。根据实际地质情况和现今运动学条件模拟出的模型结果显示,磁县断裂上1830年磁县地震震中附近库仑应力减小,表明磁县断裂活动减小了1830年磁县地震震中附近的地震危险性;但在磁县断裂中、西段两端与2条北东向断裂（紫山西断裂和太行山山前断裂）交接处附近库仑应力有所加强,未来该地区的地震危险性值得关注。     

黏弹性地基中PCC桩扭转振动响应解析方法研究

考虑土体材料的黏性阻尼和桩-土扭转耦合振动,把桩看作一维杆,将土体视作三维轴对称黏弹性介质,对黏弹性地基中现浇混凝土大直径管桩（简称PCC桩）扭转振动频域特性进行了理论研究,采用Laplace变换和分离变量的方法求得了桩顶扭转频域响应解析解。将所得解完全退化到实心桩的解,并与经典平面应变解进行对比,验证了解析解的合理性。分析了桩长以及土体黏性阻尼系数对桩顶速度导纳和复动刚度的影响,得到了各参数对桩扭转振动特性影响的规律。分析表明：桩周土黏性阻尼系数增大可以显著提高桩顶扭转复动刚度和减小速度导纳振荡幅值,而桩芯土黏性阻尼系数的影响不明显;桩长越长,桩顶复动刚度越大,速度导纳振荡幅值越小,但当桩长增大到一定程度时,再继续增加桩长,桩顶复动刚度基本没有改变。     

SSI效应对粘弹性阻尼结构减震效果的影响分析

本文以一单跨7层框架结构为研究对象,对不同场地和地震波输入条件下的粘弹性阻尼结构进行了二维有限元时程分析,探讨了SSI（土-结构动力相互作用）效应对粘弹性阻尼结构减震效果的影响。分析结果表明：①在硬土和稍硬土地基条件下,SSI效应明显降低了结构的楼层位移峰值,若在抗震设计中对客观存在的SSI效应加以考虑,设置较少数量的阻尼器（与刚性地基假定条件下确定的阻尼器数量相比）就能使结构的实际地震位移反应满足基于刚性地基假定的地震位移控制目标;②粘弹性阻尼结构的减震效果与场地条件、输入地震动特性密切相关;③与刚性地基相比,SSI效应使粘弹性阻尼结构的减震效果明显降低,且地基越软,降低幅度越大。因此,在实际的工程设计中,应当充分考虑SSI效应,对粘弹性阻尼结构的减震控制效果进行合理的评价,并针对不同的场地条件选用合适的阻尼器类型和性能参数,才有可能达到预期的减震控制效果。     

Design of controlled elastic and inelastic structures

One of the founders of structural control theory and its application in civil engineering,Professor Emeritus Tsu T.Soong,envisioned the development of the integral design of structures protected by active control devices.Most of his disciples and colleagues continuously attempted to develop procedures to achieve such integral control.In his recent papers published jointly with some of the authors of this paper,Professor Soong developed design procedures for the entire structure using a design-redesign proce...     

横观各向同性含液饱和多孔介质黏弹性瞬态反应

在考虑横观各向同性含液饱和多孔介质固体骨架和流体可压缩性以及固体骨架的黏弹性特征下,基于横观各向同性含液饱和多孔介质u-w形式的三维动力控制方程,以固相位移u、液相相对位移w为基本未知量,综合运用Laplace变换、双重Fourier变换等方法,在直角坐标系下通过引入中间变量,将六元2阶动力控制方程组化为两组各含4个未知变量的常微分方程组,给出了直角坐标系下横观各向同性含液饱和多孔介质三维黏弹性动力反应的积分形式一般解;作为理论推导的验证,通过引入初始条件和边界条件,对横观各向同性含液饱和多孔介质半空间黏弹性瞬态反应问题进行了求解。解答的退化验证表明,所推导的理论解是正确的。     

粘弹塑本构模型及用于冻土数值计算的柔度矩阵

随着寒区经济发展及冻结法施工技术在工程中的推广应用,对冻土蠕变的深入研究显得尤为重要.对冻土单轴流变试验结果分析,用非线性牛顿体替代线性牛顿体,从而对西原模型进行了改进,得到了冻土三向应力状态下的本构方程;并利用D-P屈服准则推导出应用与数值计算的柔度矩阵.通过有限元程序的二次开发,将本构模型添加到大型非线性程序ADINA中.用三轴蠕变试验检验了粘弹塑本构模型,获得相应的试验拟合曲线.结果表明:三轴蠕变试验与理论计算结果吻合良好,说明粘弹塑本构模型可以描述冻土在高应力下反映的非衰减性蠕变变形特征.     

描述岩石粘弹性固体性质的开尔文模型

大多数固体材料都具有弹性,但真实的固体却极少严格遵从弹性的虎克定律。这些固体材料的变形往往有对时间的依赖性,这种性质是流变学研究的内容。岩石是自然界最普遍的固体,它的力学性质在通常条件下可用虎克定律作精确的描述,而在漫长的地质过程中,岩石的流变特征就逐渐显现出来。地质作用越缓慢,岩石对变形时间的依赖性越明显。为精确描述岩石在地质过程的力学性质,流变学方法被引入地质学。笔者已经介绍过描述"牛顿流体"的马克斯威尔流变模型,文中介绍描述粘弹性固体的开尔文流变模型。和马克斯威尔模型一样,开尔文模型也是流变学的基本模型,它是由一个弹性元件和一个阻尼元件并联而成。文中给出开尔文模型的本构关系和地质应用的简介。     

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。