一种旋转黏滞质量阻尼器对结构响应的控制研究

基于黏滞阻尼单元、惯性质量单元和位移增效机制的原理,介绍了一种新型黏滞质量阻尼器,与传统黏滞质量阻尼器中黏滞单元和质量单元的并联方式不同,其黏滞单元与质量单元采用串联形式,故称为串联黏滞质量阻尼器(SVMD)。首先,阐述黏滞质量放大的概念;然后,建立了SVMD的力学分析模型,并对其进行了结构响应的频域分析、优化设计以及与其他类型阻尼器的对比研究;最后,在时域中对配置SVMD的单质点隔震体系进行了增量动力分析,分别对不同阻尼比和不同地面运动加速度峰值时的隔震体系响应进行了研究。结果表明:当在隔震层中安装SVMD时,单质点体系的隔震频域适用范围较黏滞阻尼器和调谐黏滞质量阻尼器要大,并且传递率较黏滞阻尼器更低;在隔震层位移相等的条件下,安装SVMD的单质点体系的绝对加速度响应更小且阻尼器的能量耗散效率更高。     

考虑土⁃结构相互作用的安全壳隔震与支座数量优化∗

为了探究土-结构相互作用(SSI)对隔震的核电站安全壳在地震作用下隔震效果的影响,以及在此基础上对隔震支座数量设置的优化,选取CPR1000建立三维有限元模型,采用0.4g的LBNS地震波作用,通过ABAQUS有限元分析软件模拟计算在不同情况下,考虑SSI效应、不考虑SSI效应、隔震、非隔震,以及不同数量设置的铅芯橡胶隔震支座下的安全壳的地震加速度、位移响应。结果表明,对于非隔震安全壳,考虑SSI效应后最大加速度响应下降44.39%,最大位移响应增大了27.03%;而对于隔震结构,SSI效应影响相对较小,最大加速度及位移响应的变化分别为3.17%和10.73%。但在考虑位移响应下,SSI效应仍不可忽视。随着隔震支座设置数量增大,隔震层的刚度和阻尼增大,在考虑SSI效应下,安全壳的最大加速度响应近线性缓慢增大。而最大位移响应在数量100～300阶段迅速减小,在数量300～600阶段减速则趋于平缓。在数量达到300后,继续增加数量位移减小效果不明显,而加速度将有所增加。因此选取300作为较优的隔震支座数量设置。     

叠层橡胶垫与RC柱串联隔震体系的随机屈曲分析

悬臂柱与橡胶隔震支座组成的串联隔震系统是国内外很常见的建筑隔震体系,其稳定性受到工程设计和研究人员的广泛关注。由于地震激励的随机性,悬臂柱的刚度不但会通过串联隔震体系的频率响应函数影响结构体系的随机响应特性,而且隔震层顶部的水平位移、水平剪力及竖向屈曲临界荷载三者都受这组随机响应的支配,并有明显的交互作用。本文介绍了笔者所提出的串联隔震结构在地震激励作用下的随机屈曲响应所做的理论模型。针对串联隔震体系的特点,对串联体系的屈曲特性进行了定量分析,分别建立了分析串联隔震体系频率成份和最大层间剪力、最大隔震层位移随机响应的非线性滞变模型,分析了单柱串联体系的屈曲荷载及两种失效准则对应于屈曲分析的工程意义,提出了体现II型失稳特性主要影响因素的屈曲临界荷载均值表达式。     

考虑支座转角的地基不均匀沉降基础隔震结构地震响应分析∗

地基不均匀沉降可能会引起沉降范围内部分隔震支座发生转动,造成隔震层刚度发生变化,进而导致上部结构地震损伤和失效风险增大。针对地基不均匀沉降条件下基础隔震结构地震响应研究,现有成果大都通过施加平动位移进行模拟,并未考虑隔震支座转角的不利影响。为了研究地基不均匀沉降条件下基础隔震结构支座可能出现的转动及其对整体结构地震响应特征影响规律,首先以隔震支座为对象,研究了支座转动变形与叠层橡胶隔震支座水平刚度变化关系,建立了叠层橡胶隔震支座转角与水平刚度变化关系函数;在此基础上系统研究了地基不均匀沉降条件下整体基础隔震结构响应特征,以及基础结构的减震系数变化规律,以期揭示地基不均匀沉降对基础隔震结构地震响应影响机理。结果表明：隔震支座转角变形会引起隔震结构体系地震响应发生显著变化,随着隔震支座转角增大,隔震层水平刚度增大的同时隔震结构体系变形能力减弱,进而造成上部结构加速度响应增大,位移响应减小,导致基础隔震结构水平减震系数增大,减震效果低于预期;当转角接近π/2 时,隔震支座将丧失降低上部结构地震响应的作用,原隔震结构将退化为抗震结构;对于存在地基不均匀沉降的基础隔震结构,应及时采取必要措施控制地震响应,以防范上部结构发生倾覆。     

设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座框架结构地震响应分析

抗拔型三重摩擦摆隔震支座是一种新型隔震支座。以框架结构为例,利用ANSYS软件建立了6层和10层普通抗震结构和带该支座的基础隔震结构模型;通过模态分析,得到了结构的自振周期;通过地震响应分析,提取了6层框架隔震层和顶层的位移、加速度和剪力时程曲线,并提取了不同层数不同结构类型的各层间位移、加速度幅值。结果表明:与抗震结构相比,基础隔震结构周期显著增大;隔震结构的变形主要集中在隔震层,隔震层以上的结构基本为整体平动,结构的地震位移反应得到了有效的减小;采用抗拔型三重摩擦摆隔震支座能降低结构地震加速度反应;设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座的多层数隔震结构的能量衰减不如低层数的隔震结构迅速。     

隔震建筑概念设计的基本问题

在隔震建筑的设计过程中应首先进行概念设计,在总体上把握隔震结构设计的主要方面。本文论述了隔震建筑概念设计的基本问题。在概念设计阶段,首先应在目标设计概念指导下,综合隔震建筑安全性与投资水平的平衡,确定建筑是采用隔震结构还是抗震结构。在进行隔震设计时,应根据输入地震动的加速度幅值和主频,建筑的允许加速度等值确定隔震结构的固有频率;应根据隔震系数和隔震层的允许位移合理确定隔震层总体刚度的范围。对隔震建筑的上部结构,应选择有利房型,合理布置结构,减小结构的不利地震反应。     

应用形状记忆合金-橡胶复合支座的结构隔震

对橡胶支座存在的问题进行了分析，介绍了SMA-橡胶复合支座的基本构造和工作原理，建立了设置不同支座的单自由度结构的运动方程。应用大型有限元软件ANSYS对分别设置固定支座、普通叠层橡胶支座和形状记忆合金（SMA）-橡胶复合支座这3种不同支承条件的结构进行了，单向地震作用下的隔震仿真模拟，及节点位移和加速度的时程分析。分析表明，SMA-橡胶复合支座和普通叠层橡胶支座都能有效地减小结构的位移和加速度反应，而SMA-橡胶复合支座比普通叠层橡胶支座能更有效地减小结构的绝对位移反应，防止因隔震层位移过大而导致支座失稳。     

基于子结构频率匹配机制的城市综合体高层结构分层隔震性能研究∗

为实现城市综合体高层结构"可恢复功能"防震目标,建立了综合体高层结构分层隔震体系,以应对裙房-塔楼结合部刚度突变对整体结构动力特性的不利影响,缓解(超)高层塔楼因高宽比过大导致隔震应用受限的问题。基于振型参数分析假定裙房部分侧移形状函数,在此基础上建立整体系统简化动力学模型,通过求解频率响应传递函数,建立子结构间频率匹配关系,调整各子结构频率以优化整体结构动力特性,开展有限元分析验证综合体高层结构分层隔震机制。结果表明:与抗震及单层隔震相比,双层隔震能更有效地控制结构地震响应,基于子结构间频率匹配关系可优化结构整体地震动特性,因此,分层隔震体系是一种适用于复杂、高耸结构的有效防震手段。     

极罕遇地震作用下LRB基础隔震结构地震响应特性

以上部结构分别为三层、五层、七层和九层的 LRB(铅芯橡胶隔震支座)基础隔震结构为研究对象,考虑了上部结构屈服强度比、刚度、硬化系数等的影响,通过大量的弹塑性时程分析,对极罕遇地震作用下隔震结构无碰撞以及隔震层与限位墙发生碰撞时的非线性响应特性进行了分析和对比。结果表明：增大上部结构屈服强度比,可以有效降低上部结构的层间位移和延性需求;当屈服强度比越小、上部结构刚度越大时,硬化系数对结构响应的影响越大;无碰撞时,对于上部结构基本自振周期在一定范围内变化的 LRB 基础隔震结构,相同的屈服强度比对应的上部结构延性需求、损伤状态基本一致,但是当隔震层与限位墙发生碰撞,上部结构破坏程度会有很大差异,特别是上部结构刚度较大时,延性需求增大非常明显,这种情况下上部结构破坏已经非常严重甚至会倒塌。     

地震作用下建筑物内重要设备半主动减震控制

为了有效地减小重要设备在地震荷载作用下的动力反应，提出了使用磁流变阻尼器进行半主动控制。首先分析了减震器的本构模型，建立了主体结构的动力方程，以设备的相对位移和相对加速度作为控制变量，提出了相应的半主动跟踪控制算法。数值分析表明，安装磁流变阻尼器的设备的加速度和相对位移显著减小，因而能保证重要设备的正常使用。     

单跨简支梁竖向振动的磁悬浮半主动控制

由于传统的隔振器需要足够的竖向刚度来支撑上部结构,因而不能隔离竖向振动。为了解决这一问题,本文提出一种新的隔振策略,即磁浮式半主动控制方法,并将这一方法应用于弹性梁弯曲振动的半主动控制。将均质弹性梁简化为一带集中质量的简支梁,导出了控制系统的运动方程,讨论了系统在平衡点的稳定性,应用推广的Runge-Kutta方法,得到了系统在随机地面输入下的加速度响应。结果表明:杆件的初始悬浮位置是磁浮式半主动控制系统的平衡点,且平衡点是L稳定的;磁浮式半主动隔振系统具有类似于软弹簧的性质,与普通的弹性简支梁相比,磁浮式半主动振动控制系统的振动频率较低,加速度响应明显减小,系统具有良好的竖向隔振性能。     

土建结构振动控制研究进展

介绍了结构控制研究的任务、主要的减振装置、结构的主动控制和被动控制、结构的开环和闭环控制及其相应的算法;对土建结构控制研究的进展进行了综述,并列举了土建结构振动控制的工程应用实例;对土建结构控制研究的内容、研究方法和研究队伍等提出了建议。     

高速铁路隔振沟隔振效果的现场测试与分析

对沪宁城际铁路高架桥段旁一条为农业灌溉而挖的沟渠在CRH动车组运行时引起的地面振动隔振效果进行了测试与分析。结果表明:随着列车车速的降低,引起的地面竖向振动速度峰值变小、地面竖向振动主频变高;沟渠对地面振动具有低通滤波作用;车速越慢,隔振效果越好,但沟前地面振动变大的现象也越明显;当沟的长度远大于列车长度时,列车车厢数量对沟的隔振效果影响不大。建议修建铁路时,加强与当地居民及农业部门的协调,对沟的长度、深度、宽度以及离轨道的距离进行合理的设计,使沟渠除了满足农业灌溉的需要外,也能起到很好的隔振效果。     

高层隔震结构非线性地震响应分析及设计方法研究

高层隔震结构的分析理论和设计方法是目前隔震技术向高层建筑推广的2个关键理论问题。本文以高烈度区宿迁市已经竣工的高层隔震建筑阳光大厦为工程实例,对高层隔震结构的非线性地震响应分析方法进行了研究,包括隔震支座竖向不同拉压刚度的模拟、各种类型的隔震支座水平力学特性的准确模拟,以及不同地震动输入方式和输入角度对隔震支座受拉情况的影响分析等;在此基础上,对隔震层的设计方法进行了分析,提出了隔震层设计的基本原则,进而给出了控制隔震层设计的基本指标,包括隔震支座的长期面压、极值面压、隔震层偏心率等;最后,对高层隔震结构的相关构造要求进行了必要的说明。     

爆破地震作用下桩-土-结构相互作用的数值模拟

土-结构动力相互作用是地震工程和结构抗震的重要研究内容,但目前对爆破地震作用下土-结构动力相互作用的研究较少。运用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了桩-土-结构相互作用体系的三维有限元模型,由桩尖输入实测爆破地震波,取得了良好的计算效果。计算结果表明:考虑桩-土-结构相互作用后,群桩基础中每个桩的位移、加速度和剪应力幅值均呈桩顶大、桩尖小的倒三角分布,桩与承台的接合部比较容易受到损坏;桩-土-结构相互作用体系在爆破地震波冲击后,还会发生几次振动,但是这些振动产生的影响要小于爆破地震产生的影响,这与实测结果相符合;爆破地震波冲击下,群桩基础中,角桩顶部表面的桩土接触压力较大,但在爆破地震波冲击后,中心桩顶部表面的桩土接触压力较大,且具有一定的周期性,直至衰减为零。     

指数型刚度非线性隔震系统的隔震性能分析

目前应用的隔震系统往往处于非线性工作状态,隔震设计仍基本停留在线性隔震理论的基础上,使隔震系统的设计存在诸多缺陷,因此加强对非线性隔震理论的研究十分重要。用指数型刚度表示的隔震系统在非线性隔震系统中有较强的代表性,只要改变指数参数的正负号就可以简单地反映出隔震材料或隔震元件的硬特性或软特性。通过对隔震系统建立的数学模型在核爆近区和远区的地冲击加速度作用下的隔震性能进行数值计算分析,证明隔震系统刚度特性对隔震性能有很大影响,该分析方法对隔震材料的选择和系统的设计有重要的参考价值。     

基于电-力导纳型类比法电厂动力设备被动隔振机理分析

为分析单自由度弹簧被动隔振技术的隔振机理,采用电-力导纳型类比法求得阻尼系统振动方程。利用归一化处理方法考察了在不同频率比(z)和力学品质因子(Q_m)影响下,设备位移、速度、加速度的响应情况。分析发现,在z<1时,设备响应特性关系为位移>速度>加速度;在z>1时,设备响应特性关系为位移<速度<加速度;而当z=1时,设备响应特性关系为位移=速度=加速度,此时系统发生共振,且力学品质因素越大系统振动越剧烈;而当基础的干扰频率为系统固有频率的2 倍时,设备振动特性不受Q_m影响,且位移、速度和加速度传递比分别为1,2 ,2。该分析结果可为动力设备布置竖向弹簧隔振支座的隔振设计提供参考。     

巨型减振结构体系风振效应的参数影响研究

巨型结构风激振动特性非常复杂,其动力性能受多种参数的影响。为合理考虑这些因素的影响,以某48层巨型钢结构为研究对象,针对无控、设置粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器三种分析工况,系统研究了其在平均风和脉动风荷载共同作用下的动力响应。通过结构顺风向侧移响应、构件内力响应及顶层加速度响应等一系列数据,揭示了风速攻角、基本风压、附加阻尼比及二阶效应等对此类结构体系风振控制动力性能的影响规律与变化趋势,并依据分析结果对其抗风分析与设计提出了相应的建议,因而具有实用参考价值。     

随机地震激励下相邻隔震结构被动控制研究

利用隔震结构和非隔震结构间的相互作用来减小地震作用下的结构响应,考虑地震激励的随机性,基于Clough-Penzien谱模型,推导了相邻结构随机响应的拓展状态方程,采用两种优化控制目标,分析得到了相邻隔震结构体系间连接控制装置的控制参数与结构随机响应的关系及其对控制效果的影响,并分别从地震响应时程和振动累计能量时程角度研究了相应地多自由度相邻隔震结构复合被动控制体系,在不同优化准则及不同控制方案下,结构体系的减震控制效果。研究结果表明,相邻隔震结构复合被动控制体系,可以获得较好的减震控制效果,阻尼系数在减震控制中起主要作用,但存在最优取值,并不是越大越好;采用以左、右子结构振动总能量最小为优化准则,在顶层+中间层安装控制装置的控制方案,可以有效地减小相邻结构的地震响应,得到的控制效果较好。