巨-子结构控制体系地震易损性分析

提出了一种基于性能的巨-子结构控制体系的地震易损性分析方法。定义了巨-子结构控制体系的4个极限状态,提出了基于巨-子结构控制体系极限破坏状态确定结构抗震性能水平限值的方法。通过考虑近场与远场地震动的不确定性,采用增量动力分析(IDA)对比分析了传统巨-子结构抗震体系和巨-子结构控制体系在近、远场地震作用下的地震易损性,并得到了两者的易损性曲线,给出了巨-子结构控制体系的破坏概率。所得结果可供地震灾害的巨-子结构控制体系损伤评估参考。     

高速公路跨线桥地震反应的智能磁流变控制

探讨了高速公路跨线桥智能磁流变控制的效果，并与主动控制、磁流变（MR）阻尼器的passive-off控制及passive-on控制时的减震控制效果进行了系统的比较分析。研究中MR阻尼器的半主动控制算法选用限幅最优控制算法，其主控制器采用H2／LQG方法来设计，并基于原系统的降阶模型来设计MR阻尼器的最优控制力。仿真分析结果表明，采用MR阻尼器对高速公路跨线桥进行控制，可以有效地减小结构的动力反应，明显改善其抗震安全性。MR阻尼器在passive-off控制及passive-on控制时等效为被动摩擦阻尼器，其控制效果与适用范围均有限；MR阻尼器的半主动控制力可以出色地追踪主动控制力时程，其控制效果与主动控制时非常接近，因此可以作为主动控制的替代方案。     

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。     

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。     

半主动控制装置在受控结构中的优化布置

利用阻尼器进行振动控制的方法可以有效减小结构体系在地震作用下的振动反应,这种振动控制的效果不仅取决于阻尼器出力大小和控制算法的优化,也取决于阻尼器在高层结构中的布置位置。目前,对于阻尼器的位置优化的研究大多局限于被动控制,而对于主动及半主动控制装置研究则较少。本文提出了一种基于改进遗传算法和等效二次型性能指标的阻尼器位置优化方法,并应用到磁流变液阻尼器半主动控制系统中。最后,通过一8层剪切框架算例验证了本文提出的阻尼器的优化布置方法是简单准确而有效的。     

一种新型金属变摩擦耗能器的研发与应用

基于被动控制理论,提出一种新型的金属变摩擦耗能阻尼器。通过改变金属摩擦面的摩擦面积,使摩擦系数具有随位移改变而变化的特性。在金属摩擦学理论的基础上,建立了金属变摩擦耗能器的阻尼力计算模型与产品的开发。理论计算与实验数据表明:新型金属变摩擦耗能器的减震性能显著优于常规阻尼器,避免了传统阻尼装置(如油阻尼器)存在的造价高、维护复杂、易漏油的问题;克服了常规摩擦耗能器不能在不同大小荷载作用下保持同样控制效果的缺点,能做到抗震耗能器在不同荷载下保持很好的抗震效果,真正做到"小震小位移少耗能,大震大位移多耗能"的智能控制。     

建筑结构减震控制新体系——减轻城市地震灾害的有效途径

本文提出一种崭新的,更加安全、有效、简单、经济,且能适用于不同地震烈度区的结构减震控制体系,包括结构隔震体系,结构消能减震体系,被动和主动减震控制体系,并介绍这种新体系的减震机理、构造方案、试验成果、减震动力理论分析,以及在国内外的最新研究发展和应用情况,包括作者在该领域所取得的最新试验研究、理论和工程应用成果,并以减轻城市地震灾害为目标,探讨了抗震结构今后的发展方向。     

磁流变阻尼器结构控制策略研究进展

磁流变阻尼器(Magnetorheological Damper,简称MR阻尼器)是一种在振动控制领域中表现出巨大应用潜力的智能型驱动装置,它主要是根据输入电压(电流)的变化产生趋近于最优主动控制力的阻尼力。本文详细综述了MR阻尼器控制策略的研究现状,分析了各种控制策略的优缺点。探讨了如何充分发挥不同电压下的MR阻尼器耗能能力,指出神经网络和模糊逻辑等智能技术的应用是解决这一问题的有效途径。     

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。     

预制装配式结构梁柱节点被动耗能减振技术研究现状及展望∗

由于预制装配式建筑在高烈度地震区的抗震性能较差,限制了其推广使用。预制装配式框架结构作为一种常用的抗震体系,核心部位梁柱节点的连接是影响其抗震性能的主要因素。被动耗能减振技术作为一种成熟的结构振动控制技术应用于预制装配式结构中,可以显著提高结构的抗震性能。将耗能器放置于梁柱节点外部或者内部,既与节点形成新的整体部件,又实现自身被动耗能减振,形成“承载‐耗能”双功能的新型节点。总结了目前常用的被动耗能减振技术中已经成熟的摩擦阻尼器和金属阻尼器复合形成的预制装配式结构梁柱节点,梳理了本课题组首次提出的预制梁柱耗能铰节点后的研究发展现状以及局限,提出了一种预制装配式结构梁柱摩擦-金属屈服两级耗能节点,形成了高性能预制装配建筑结构抗震体系,对提高我国装配式结构设计要求和推广装配式结构的实际工程应用,具有重要的参考意义。结合作者在该领域的研究工作和成果,给出了该领域的研究方向和未来的发展趋势。     

大型渡槽结构动力学研究进展(2010-2019)

渡槽是跨流域调水、输水工程的关键性架空建筑物,其动力性能的理解与应用关系到调水工程的"安全,经济、适用和美观"。系统梳理和总结近十年内大型渡槽结构动力学的研究进展,为渡槽工程下一个10年的发展提供学术与实践方向。在过去的10年里,考虑水体与槽体间的相互作用进行渡槽结构系统的动力学分析及抗震(风)设计,已取得共识。系列研究厘清了槽体与水体的相互作用机理及槽内动水压力的特点,并在槽内水体晃动的等效模型上取得了重要成果,这些成果促进了水工建筑物抗震规范的完善与实施;另外已有学者就土-桩-渡槽结构动力相互作用做了系列研究,表明在进行渡槽结构动力学研究时,有必要考虑土-桩-结构的相互作用;渡槽结构与桥梁类似,学者们从桥梁抗震的多点地震输入问题考虑,研究了多点地震输入对渡槽结构地震反应的影响,认为大跨度渡槽结构应考虑地震波的多点输入;系列研究表明,隔震、消能减震及结构控制方法已在渡槽动力学研究与实践中展开,且可有效的提高渡槽结构体系的整体抗震性能。同时,基于工程结构的被动,半主动,主动控制以及动力学可靠度理论已在渡槽工程中渐露曙光。未来,大型渡槽结构动力学的研究将趋向于系统防灾和智能控制。     

基于H∞理论的磁流变阻尼器半主动容错控制

建筑结构的半主动控制系统中的传感器,在强震作用下可能因出现故障而影响控制效果。以磁流变阻尼器为例,研究半主动容错控制系统的设计方法。首先,研究了基于状态观测器的半主动H∞控制器设计方法,并将之应用到建筑结构采用磁流变阻尼器的减振控制中;运用改进Bouc-Wen模型,计算磁流变阻尼器的阻尼力,通过求解一个代数Riccati方程和一个状态观测方程,得出了基于状态观测器的H∞主动控制律;再对其采用Clipped-optimal方法实施半主动控制策略。然后,针对传感器故障,利用观测器组的输出残差对故障进行在线诊断,并通过几个观测器状态值的比较得到故障的大小,并据此对传感器的测量值进行修正,从而消除故障对闭环系统的影响,最终实现半主动H∞容错控制。仿真结果表明,该方法具有很好的容错控制效果。     

双调谐质量阻尼器参数分析及简化设计方法

双调谐质量阻尼器参数较多,迄今其设计方法、有效性和鲁棒性的研究仍不完善。针对双调谐质量阻尼器的设计方法进行了研究,推导了双调谐质量阻尼器-单自由度结构体系的位移响应放大系数,基于min.(max.DDMF)最优化目标函数,系统地分析了阻尼器参数对受控结构位移响应放大系数控制效果的影响规律;在此基础上,给出了一种双调谐质量阻尼器(DTMD)的简化设计方法,并通过仿真分析对该简化设计方法的有效性进行了评价。结果表明,基于受控结构-DTMD系统参数研究提出的简化设计方法可为DTMD的实际应用提供理论指导;依据简化设计方法设计的双调谐质量阻尼器可有效降低受控结构的动力响应,且控制效果的鲁棒性明显优于单调谐质量阻尼器(TMD)。     

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。     

装配式消能减震混凝土梁柱节点抗震性能研究

对装设扇形铅粘弹性阻尼器的预制装配式混凝土框架梁柱节点进行了数值仿真分析,并与试验结果进行了对比,验证数值仿真分析的正确性;对比分析了普通预制节点与消能减震梁柱节点的抗震性能,并分析了不同设计参数对消能减震节点构件抗震性能的影响。分析结果表明:与普通预制节点相比,扇形铅粘弹性阻尼器在一定程度上提高了节点的初始刚度和承载力,增强了构件的耗能能力;随着轴压比的增加,混凝土材料应力下降明显;随着铅芯直径、橡胶硬度以及扇形半径的增加,构件抗震性能提高,但当阻尼器扇形半径超过某一数值时,构件抗震性能还会出现降级现象。     

中国地震局“十一五”以来十项最具应用实效科技成果

1.昆明新机场航站楼隔震成套技术研究与应用 昆明长水国际机场航站楼采用橡胶隔震支座和粘滞阻尼器组成隔震系统,隔震层8万平米,使用1811个大型隔震支座,成为全球最大的单体隔震建筑.证明高烈度地区使用隔震减震技术,大大提高建筑抗震性能的同时并不增加建筑成本.通过产学研结合模式,开发新技术、新产品,制定标准,完成系列化、标准化的减隔震成套技术产品生产工艺定型,以企业为投资主体建设研究生产示范基地,通过生产基地示范和大规模示范工程建设,拉动了减隔震产业技术升级.     

基础滑移隔震土坯组合砌体结构振动台试验

村镇建筑土坯结构在一定地域仍有较多应用,为提高土坯结构的抗震能力、减小地震反应,提出了再生砖-土坯组合砌体结构,还提出了一种玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统。进行了足尺再生砖-土坯组合砌体结构的振动台试验,采用了玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统,研究了结构动力特性与损伤演化过程,分析了影响结构地震反应的主要因素,阐明了隔震系统减小结构地震反应的作用。研究表明:基础滑移隔震再生砖-土坯组合砌体结构具有良好的工作性能;小震下,玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统不启动,结构地震反应与抗震结构类似;中震下,玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统启动,减轻了上部结构的地震作用;大震下,基础滑移隔震系统工作良好,有效地减缓了上部结构的损伤破坏;再生砖-土坯组合砌体结构可用于村镇砌体结构的抗震设计。     

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。     

结构抗震控制的动态仿真分析方法研究

介绍了结构抗震控制的仿真分析方法:将设置阻尼器的结构看作一受控系统,运用状态空间方法描述受控结构的运动微分方程,采用MATLAB中的SIMULINK工具箱进行动态仿真,得到整个受控结构在地震作用下的动态反应。文末给出了仿真分析算例,其分析结果表明采用SIMULINK能够有效、准确地分析设置非线性阻尼器的结构在地震作用下的动力响应。     

地冲击荷载作用下双层结构磁流变阻尼器隔震效果的数值模拟

在抗爆结构中,一般采用单层隔震系统进行隔震,目前单层隔震系统的最大隔震率可以达到90%以上,但在加速度峰值很高的冲击荷载作用下,隔震后的结构响应加速度仍然很大。鉴于这种情况,本文对加入磁流变阻尼器(MRD)的双层隔震系统进行了研究。针对抗爆结构的两种典型荷载,采用改进Bouc-Wen模型和模糊控制方法,利用Matlab Simulink对双层隔震系统进行了数值模拟,计算了不同荷载作用下,不同隔震系统的加速度、位移及结构的振动剂量值(VDV)的响应,并与结构采用单层隔震系统的结果进行了对比。结果表明,与单层隔震系统相比,带有磁流变阻尼器的双层隔震系统没有太多的优越性。