基于人体动力学模型钢楼梯振动舒适度及其控制研究

基于人体动力学模型研究钢楼梯人致振动舒适度问题,并利用TMD对其振动进行控制。采用移动质量-弹簧-阻尼的单自由度体系模拟人体动力学模型,将模型施加在钢楼梯有限元模型上,运用完全时程方法得到钢楼梯在人-结构动力相互作用下的动力响应,并对比分析不考虑人-结构动力相互作用时的动力响应,以峰值加速度为指标评估该楼梯的振动舒适度;对振动过大的钢楼梯,采用3种不同优化模型的TMD进行振动控制。结果表明:行人步频的倍频与结构自振频率相近时,考虑人-结构动力相互作用时结构加速度峰值多则会减小20%以上;3种不同优化模型的TMD都能够有效减小楼梯的振动响应,建议优先选用Warburton参数优化模型。     

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。     

基于集成学习的结构地震动响应预测方法研究∗

为获取建筑结构在地震过程中的位移响应,解决结构主动控制中的时滞问题,使用集成学习方法预测结构位移响应。提出了一套适用于结构地震动响应预测的集成学习模型,使用不同的神经网络和损失函数组合作为基学习器,在此基础上使用全连接网络构建二级学习器,得到最终预测模型。模型使用双向地震动加速度和结构位移响应作为输入,预测短期的结构位移响应;结构位移响应可实现多步预测,进行动态化输出。将该框架应用于某钢框架结构,进行数值实验,结果表明,集成后的模型预测结果要优于单一模型的预测结果,所有模型都表现出预测误差随着预测时间的增加而增加的规律。模型的预测随着地震过程在同步进行,当模型预测值第一次达到某一阈值时,则将预测结果反馈到主动控制系统中,提前进行结构振动控制,而不必等待位移传感器采集到真实的响应数据,从而减小甚至避免主动控制中时滞问题的影响。     

基于实测加速度的高层建筑风荷载反演

在台风"杜鹃"登陆期间,对温州市某高层建筑进行了现场实测,得到了建筑物的风场和加速度响应等数据。进而对实测结构进行了模态参数识别,得到了其固有频率、振型和阻尼比。对结构加速度响应信号进行了去噪处理,经过信号处理后的响应数据满足高斯分布,进而通过积分得到高层建筑的速度和位移响应。同时,运用等效原理建立了该高层建筑结构的5质点简化弯剪模型,使简化结构的动力特性和原结构相似。再应用简化模型反演出结构受到的脉动风荷载时程。将反演得到的脉动风荷载时程叠加上平均风荷载得到各测点风荷载时程,再作用到简化模型上运用Newmark-β法进行风致响应分析,计算得到的加速度响应与实测加速度响应较为吻合。     

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。     

强震作用下超高层建筑结构MSCSS的响应特性研究

笔者根据超高层巨型建筑结构体系的构造特点,论述了将结构振动控制原理融入巨型结构本身构造之中的构造新结构体系的方法,并采用这一方法提出了巨子型有控结构体系MSCSS(Mega-sub controlled structural system),分析了MSCSS的构造原则及控制理论背景,研究了MSCSS在罕遇地震及超罕遇地震(加速度峰值达到1000g)时的结构响应控制特性、塑性铰发生规律及结构灾变情况。通过与巨型框架结构的灾变情况相比,表明了MSCSS抵御地震作用的高可靠性及良好的经济性,也表明了将结构振动控制原理融入结构自身的构造之中、通过结构自身的功能单元实现结构响应控制的方法是合适的,是研究超高层建筑结构新体系的有效途径之一。     

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。     

大跨度钢连廊人致激励下MTMD减振控制

连廊作为人流量较大的公共通行区,跨度较大时容易发生舒适性问题,因此有必要采取减振措施来控制由于人行走激励产生的过量振动,改善结构的使用功能。文章对西安站东配楼45 m跨度钢桁架连廊进行人致振动响应计算,得出了结构在正常使用时各工况下的加速度响应情况,根据调谐质量阻尼器的减振原理设计出单频率及多频率的减振装置进行减振控制,并将结果进行对比。结果表明,连廊人致激励下的加速度响应超过舒适度限值,利用单频率TMD(Tuned Mass Damper)系统可以有效改善结构的舒适性能,减振率达81.2%,但控制频带较窄,存在去谐效应,采用多频率MTMD(Multiple TMDs)系统在保证减振效果的同时可以扩大减振频带宽度,具有更强的鲁棒性。     

双仓地下管廊抗震性能振动台试验研究∗

借助振动台试验系统,应用 El Centro 原始地震波和不同频率正弦波开展了双仓地下综合管廊的相似模拟试验研究,模型中地基土为标准砂。结果表明：管廊侧壁最大动土压力响应沿深度呈倒立“W”形分布,并且在振动过后,管廊结构与周围土体之间的土压力场发生了改变;管廊侧壁沿深度最大加速度响应呈减小趋势,而随输入峰值加速度的增大而增大,由加速度响应时程曲线对比来看,管廊结构与其周边土体的运动模式基本一致;地震过程中结构角部的拉应变响应比各侧边中点更加剧烈,且随输入峰值加速度增大而增大;在 15 Hz 正弦波作用下,场地和管廊结构组成的体系地震响应最显著,各测点之间的地震响应差异在此频率下也最为明显,反映出振动波频率特性对地下结构地震响应的影响规律。     

拟负刚度阻尼减振结构的动力特性与减振效果分析

对拟负刚度阻尼减振结构的动力特性与减振效果进行了研究。首先,证明了采用拟负刚度控制方法时,结构响应与外荷载之间满足齐次性;其次,对拟负刚度阻尼减振结构的加速度放大系数和位移放大系数进行了研究,并与粘滞阻尼减振结构的加速度放大系数和位移放大系数进行了比较;最后,对地震荷载作用下拟负刚度阻尼减振结构的减振效果进行了分析。研究结果表明:当外荷载与结构的频率比大于1或结构的周期较长时,拟负刚度控制对结构绝对加速度的控制效果要好于粘滞阻尼减振结构的控制效果,对结构位移的控制效果要差于粘滞阻尼减振结构的控制效果。     

大跨度斜拉拱桥地震响应分析

以湘潭市在建的一种新颖钢管混凝土拱桥——斜拉钢管混凝土拱组合桥梁为研究对象,通过大型有限元软件建立空间结构有限元模型,利用子空间迭代法对其进行了模态求解,得到并分析了结构的动力特性。在此基础上分别运用反应谱法和时程反应法分析了该桥的纵向、横向和竖向地震响应,采用了5条实际记录地震波,讨论其主要结构形式、不同的地震波、各种场地以及各参数对地震反应的影响和规律。研究结果表明,大跨度斜拉钢管混凝土拱桥横向稳定性突出,整体抗震性能较好,这为大跨度斜拉拱桥的抗震设计和研究提供了理论依据。     

浅埋地铁车站的抗液化上浮改进措施数值分析

在强震中,位于饱和可液化地基中的地铁车站会因土层液化而发生上浮灾害,已有的抗液化上浮措施都具备一定减小结构上浮的效果,但仍有改进的空间。本文采用FE-FD耦合方法,分析了在地铁车站周围设置钢板桩截断墙、碎石土排水层及改进的截断墙和改进的碎石排水层措施的地震上浮响应情况,对比了各措施的抗上浮效果,并分析了其工作机理。结果表明:在地铁车站周围设置碎石土层和截断墙的方式都能在一定程度上抑制地铁车站上浮,其中改进的碎石土层和改进的截断墙措施的抗上浮效果都要优于其同类别的方式。改进碎石土层措施主要是通过抑制土层的超孔隙水压力累积来起到抗上浮的作用,而设置改进截断墙方法是通过抑制土体液化后的流动变形来减小结构的上浮。在这两种改进措施中,改进的截断墙方式在不同地震强度作用下其抗上浮效果都更明显,但结构加速度响应的放大效应显著。此外,这两种改进措施对结构的最大剪力和最大弯矩影响较小,但会削弱地铁站结构中柱的最大轴力,这对结构的抗震是有利的。     

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。     

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。     

埋设管网系统地震危险性分析方法

埋设管网系统有如下三个特点,即:埋于地基中、在平面内延伸分布范围广、具有生命线工程的重要性,故其抗震设计与地震危险性分析方法也与一般房屋建筑不同。为此,本文提出了一种同时考虑给定地震下地震动场的空间相关性、局部场地条件及地震发生非确定性影响的地震危险性分析方法。本文建议的方法中给定地震下地震动场的确定包括四方面的工作:①确定地震动场的参数,用场内各点之间的相对运动(如相对变形)而不是单点的运动(如加速度);②在频域内确定场内单个点的地震动,以幅值谱与相位谱表示;③用若干个离散点的地震动来描述地震动场;④考虑局部场地的影响。地震动空间相关性与地震发生非确定性同时考虑之间的矛盾问题在本文方法中也得到了处理,采用这一方法的优点是在地震动场中同时考虑了震级、距离及场地的影响,本文提出的方法也可以用于在平面上分布范围较广的其它生命线网络工程。     

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。     

城市地下综合管廊节点地震响应的影响因素分析

建立城市地下综合管廊典型节点二维有限元模型,分析在不同地震波不同峰值加速度、不同地震波相同峰值加速度,以及是否考虑土-结构接触面的接触作用下的地震响应。结果表明：①在不同地震波不同峰值加速度作用下,随地震波峰值的增大管廊节点的侧向位移、峰值加速度、峰值应力随之增大;②在不同地震波相同峰值加速度作用下,地震波的频谱特性对节点地震响应有显著影响;③是否考虑土-结构接触面的接触作用对管廊节点地震响应有较大影响。