某位移比超限偏心结构地震响应及阻尼器控制分析

利用SAP 2000有限元软件,以某实际偏心结构为工程背景,对使用粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器、软钢阻尼器和复合铅粘弹性阻尼器控制位移比超限的偏心结构进行了模态分析、反应谱分析和时程分析,比较了各类减震结构在地震作用下的周期比、位移比和阻尼器内力。结果表明:设置阻尼器后,结构位移比减小;阻尼器宜布置在偏心结构水平刚度相对较小、结构侧移较大的一端;粘弹性阻尼器、软钢阻尼器和复合铅粘弹性阻尼器通过提供侧向刚度和阻尼来调节偏心结构扭转效应;粘滞阻尼器通过增加结构阻尼比可起到减小结构位移比的作用。此外,粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器在小震下能够起到良好的消能效果,软钢阻尼器和铅粘弹性阻尼器在小震情况下基本上处于弹性状态,仅提供刚度,在大震下阻尼器也具有良好的耗能能力和减震效果。     

某耗能减震框肢剪力墙转换结构分析

采用复合型铅粘弹性阻尼器对带转换层框肢剪力墙结构的某酒店进行了耗能减震设计,对耗能减震结构和钢支撑结构进行了对比分析,包括反应谱和局部非线性多遇地震作用和罕遇地震作用下的时程分析。结果表明,底部框架结构布置复合型铅粘弹性阻尼器后,在多遇和罕遇地震情况下层间位移能满足《建筑抗震设计规范》要求,并且采用耗能减震结构能优化整体结构,不会对转换层上部结构产生不利的影响,能更好地改善结构的抗震性能。     

粘滞阻尼减震结构抗震可靠度简化分析

通过设置粘滞阻尼器减小结构的地震反应是一种有效的被动控制方式,为与现行抗震设计水平相适应,减震结构和控制装置的设计也应该以可靠度为基础。本文结合粘滞阻尼减震结构的受力特性建立了此类耗能减震结构动力可靠度分析的实用简化计算方法。首先通过等价线性化方法,给出了层间三线型恢复力模型的等效平均刚度,粘滞阻尼器采用等效线性化的力学模型,建立了安装粘滞阻尼减震结构的等效线性随机分析模型。然后采用随机状态空间方法进行了粘滞阻尼减震结构的地震反应分析,基于层间变形失效准则和首次超越理论分析了粘滞阻尼减震结构的可靠度,并以粘滞流体阻尼器的变形超过其自身极限变形作为阻尼器的失效模式,讨论了粘滞阻尼器可靠度的计算。最后通过一个设置粘滞流体阻尼器的框架结构计算实例,说明了这种方法的运用。该方法可以作为一种实用的方法对振动控制结构在不同破坏状态下的抗震可靠度进行分析,为基于性能的抗震设计和优化提供参考。     

防屈曲支撑巨型结构抗超大震性能分析与设计

为研究防屈曲支撑对巨型结构的减震控制效果,首先采用SAP2000,按照现行规范8度设防的要求,设计了一座48层巨型框架结构,并将此结构的所有普通支撑分别用与其等刚度和等面积的防屈曲支撑代替,得到等刚度防屈曲支撑巨型结构和等面积防屈曲支撑巨型结构,然后对3个结构进行8度、8.5度和9度罕遇地震作用下的弹塑性时程分析。分析结果表明:在8度罕遇地震作用下,防屈曲支撑巨型结构较巨型结构的最大层间位移角有明显减小,且层间位移角变化更均匀;防屈曲支撑巨型结构能达到"大震可修,超大震不倒"的抗震设防目标,提高了结构的安全储备。     

自锚式悬索桥横向粘滞阻尼参数的理论确定方法

某自锚式钢桁架悬索桥结构主跨408m,采用双层桥面,两根主缆为空间线形布置。根据自锚式悬索桥独特的动力特性,提出了在该悬索桥主梁与过渡墩、辅助墩之间沿横向设置粘滞阻尼器的消能减震设计方案,以控制悬索桥的横向地震反应。在粘滞阻尼器参数确定时,提出了速度指数确定的基本原则,并且根据虚功原理列出了主梁的横向振动方程,进而得出最优阻尼系数的确定方法;另外,将粘滞阻尼器与弹簧并联进行减震设计,可增加结构的早期刚度,并能获得较好的减震效果,可供工程实践参考。     

静力分析方法在消能减震结构分析中的应用

由于受制于计算机软件中的消能减震单元,目前尚无较适用的静力分析方法应用于消能减震结构在多遇地震和罕遇地震下的结构分析。有关含消能减震部件的结构分析,主要以动力时程分析和动力弹塑性时程分析方法为主,因此具有较大的难度和需要很长的分析时间。为了推进结构消能减震于工程项目上的应用,缩短分析上的繁杂程序,依据《建筑抗震设计规范》,配合美国FEMA 356规范,提出一套消能减震结构在多遇地震下的等值线性分析方法和在罕遇地震下的静力非线性推覆分析方法(pushover analysis)。此方法适用于位移型阻尼器和防屈曲支撑,不但可使消能减震结构的结构分析简化,并可避免计算机软件的限制,且在不含阻尼器元素的计算机软件上,依然可做消能减震结构在多遇地震和罕遇地震下的结构分析。并介绍了此分析方法在消能减震结构的结构分析中的应用,以证明其可行性。     

大跨径钢管混凝土拱桥减震控制装置参数的研究

大跨度桥梁结构的减震控制研究对于桥梁结构的抗震安全具有重要意义。本文以主跨368m的茅草街大桥为研究对象,基于ANSYS建立了该桥的三维有限元模型,并采用子空间迭代法分析了该桥的动力特性。在此基础上进行了大跨度钢管混凝土拱桥的地震响应及减震控制研究,重点进行了弹性连接装置和粘滞阻尼器减震效果的参数敏感性分析,并对比分析了不同位置布设减震装置时的效果。结果表明,纵飘振型对该桥肋纵向相对位移的贡献最大;弹性连接装置和阻尼器均能有效减小地震作用下该桥的肋梁纵向相对位移;综合考虑各关键部位的地震响应时,同时采用两类减震装置并将其分散布置时的减震效果最佳。结论可供大跨度中承式钢管混凝土系杆拱桥的抗震设计参考。     

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。     

某型钢混凝土框架核心筒消能减震结构的弹塑性分析

某工程位于昆明市,主体结构高153.1m,为型钢混凝土框架-剪力墙核心筒体系。建筑总高度超过了《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定的B级高度,为提高结构的抗震性能,该工程采用消能减震技术控制结构的地震反应,对消能减震结构进行了设计,确定了消能器附加给结构的阻尼比值。为给结构设计提供可靠的参考依据,采用PERFORM-3D软件,对设有非线性粘滞阻尼器的该结构进行罕遇地震作用下动力弹塑性时程分析,评估该结构的整体性能及其构件的屈服情况,结果表明该消能减震结构基本能达到预期抗震性能目标。     

隔震建筑抗极罕遇地震能力与主要破坏模式分析∗

隔震措施可以使上部结构在罕遇地震下处于弹性或轻微弹塑性状态,从而有效保护设防烈度下结构地震安全。但是,由于地震发生、强度和特性的不确定性,在设计基准期内结构也可能遭受极罕遇地震的作用,基于"大震不倒"设计的隔震结构在罕遇地震及极罕遇地震作用下隔震支座变形和结构整体抗倾覆安全以及实现抗极罕遇地震的能力和代价需要特别研究。本文通过弹塑性时程分析,比较三种不同高度的隔震结构层间位移角、叠层橡胶隔震支座位移及结构倾覆力矩,分析结构在极罕遇地震下隔震层(也即叠层橡胶支座)位移超限和整体倾覆的主要失效模式。结果表明:极罕遇地震下,基于"大震不倒"设计的隔震结构支座位移可能会超出限值,层间位移角和结构倾覆力矩通常可以满足要求。隔震支座尺寸适当增大、相应极限变形能力提高,能够控制极罕遇地震下结构隔震层变形破坏,但上部结构隔震效果有所下降;适当减小上部结构高宽比能够控制极罕遇地震下隔震结构、尤其高层隔震结构的整体倾覆破坏。因此,兼顾安全性和经济性,有效增大隔震支座极限位移、适当减小高层隔震结构高宽比,实现隔震建筑抗极罕遇地震能力,是付出代价不大、经济适用的一条有效途径。     

黏弹性复合防屈曲支撑钢框架结构抗震抗风性能分析

针对当前耗能减振技术用于结构抗风抗震时不具备自适应能力的问题,提出变形协调、并联出力的黏弹-金属-体化复合阻尼器及其耗能减震结构,以实现结构抗风抗震自适应多灾害防御体系。本文以黏弹性复合防屈曲支撑钢框架结构为研究对象,进行大震及强风作用下的性能分析,并将其与普通钢框架结构和防屈曲支撑钢框架结构的抗震、抗风性能进行对比分析。结果表明,罕遇地震下黏弹性复合防屈曲支撑钢框架结构呈现更小的基底剪力和顶层加速度,但层间位移角较防屈曲支撑钢框架结构有所增大;在强风作用下,黏弹性复合防屈曲支撑钢框架结构的顶层加速度、顶层位移及层间位移均小于钢框架及防屈曲支撑框架结构。     

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。     

宿迁市教育大厦消能减震设计研究

对地处地震高烈度区的宿迁市教育大厦进行了消能减震设计。采用消能减震支撑框架结构体系代替传统的框架—抗震墙结构体系,进行了结构非线性时程分析,对消能装置的数量及布置进行了优化。分析结果表明,消能减震支撑框架结构在多遇地震作用下的层间位移能满足《建筑抗震设计规范》要求,在罕遇地震作用下具有更高的安全储备,表现出良好的抗震性能,可为高烈度区类似结构的设计提供借鉴。     

基于简化模型的MR阻尼器动力特性

按照结构减振效果位移RMS等价的原则提出的简化模型,分析了MR阻尼器的动力性能。MR阻尼器的等效粘性阻尼系数随施加电压的升高、频率的降低、振幅的减小而提高。施加电压在0～5V时,等效粘性阻尼系数变化幅度较大;达到10V后逐渐趋向饱和。低频、小振幅区域在施加的电压不为零时等效粘性阻尼系数比较稳定,而施加的电压为零时等效粘性阻尼系数随着频率和振幅的升高迅速下降。MR阻尼器可调性主要集中在高频、大振幅区域。MR阻尼器的等效刚度系数约为等效阻尼系数的0.1倍。等效刚度系数随施加电压的降低、频率的增大、振幅的增大而提高。施加电压在0～5V时等效刚度系数变化幅度较大,达到10V后逐渐趋向稳定。     

大跨度拱桥抗震性能分析与减震控制研究

论文运用通用有限元软件ANSYS对香溪长江大桥-大跨度拱桥进行了数值模拟。以COMBIN37单元模拟非线性粘滞阻尼器,分析了该阻尼器布置于拱肋横梁与主梁处(方案1)及安装在立柱与主梁之间(方案2)两种不同位置时对拱桥的地震响应控制效果。分析结果表明:针对顺桥向位移反应,方案1的控制效果明显优于方案2;两种阻尼器控制方案均对桥面加速度有放大作用,且方案1的放大效果要比方案2大。两种阻尼器控制方案对拱顶及拱脚轴力均有较好的控制效果,且方案1的控制效果优于方案2;两种阻尼器控制方案对拱桥面内弯矩的控制效果,方案2的控制效果优于方案1。上述研究结果为大跨度拱桥振动控制分析及工程应用具有重要的指导意义。     

考虑耦合地震作用的底层柔性结构体系振动控制

为了减小底层柔性结构的地震反应,防止结构因底层位移过大而倒塌,提出了一种底层柔性结构减震控制体系,在柔性底层安装磁流变阻尼器对其实施半主动控制。考虑到竖向地震的不利影响,建立了结构在双向耦合地震作用下的动力分析模型和振动控制方程,采用LQR控制算法对结构进行地震反应分析。研究表明,在无控情况下,结构的位移主要集中在底部柔性层;实施半主动控制后,结构的底层位移、顶层位移、各层加速度和倾覆力矩均明显减小,其中底层位移减小60%以上。在耦合地震作用下结构的地震反应比单纯水平地震作用下有所增加,以倾覆力矩的增加最明显,因此在高烈度地区应该考虑竖向地震对结构的影响。层间刚度比对结构的控制效果也会产生较大的影响,结构层间刚度比的确定应该在底层位移、顶层加速度和倾覆力矩之间权衡考虑。考虑土与结构相互作用会使结构的控制效果降低。     

设置套管阻尼器的框架支撑结构参数分析∗

提出了两种设置套管阻尼器的框架支撑结构。改变套管阻尼器的相对刚度、相对长度与屈服比等参数值以及套管阻尼器的布置方式,利用 ETABS 软件建立有限元模型,对框架支撑结构进行动力时程参数分析,提取结构的底部最大剪力和最大层间位移角作为结构地震响应的衡量标准,探究套管阻尼器的参数变化和布置数量对结构地震响应的影响规律,发现:对第一种结构形式,套管阻尼器的相对刚度、相对长度和屈服比宜取为 0.4、0.5 和 0.2;对第二种结构形式,套管阻尼器的相对刚度、相对长度和屈服比宜取为 0.6、0.5 和 0.4;并非各楼层都布置阻尼器可取得最佳的减震效果,对本文提出的两种设置套管阻尼器的工程应用形式而言,在底部四层设置套管阻尼器减震效果最好。     

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。     

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。     

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。