基于黏滞阻尼器的建筑结构减震研究

减隔震技术是通过引入隔震系统或阻尼装置以降低结构地震反应。本文首先简要介绍常见的阻尼器在建筑结构中的发展研究现状,然后进一步对常用的黏滞阻尼器的减震机理及力学模型进行合理的论述,分析了黏滞阻尼器在建筑结构抗震应用中的影响因素,并结合实际算例,对某建筑结构进行基于黏滞阻尼器的减震分析,研究得到合理布置黏滞阻尼器对结构的层间位移角控制明显,可防止普通结构在地震中的倒塌。本文研究可为黏滞阻尼器在建筑结构抗震中的推广应用提供参考。     

偏心结构非线性黏滞阻尼器位置优化的遗传算法求解

目的研究遗传算法在偏心结构中非线性黏滞阻尼器位置优化的应用问题,通过与穷举法结果比较,验证了该优化方法的可行性.方法分别采用了二进制的对称分组和自由分组两种编码方式,基于改进的遗传算法(MGA)和有限元分析软件SAP2000API开发了一种面向偏心结构中阻尼器快速优化布置的平台.推导了基于拟合标准反应谱生成的人工地震动记录的方法,提出了两种为抑制偏心结构扭转效应而设计的评价函数,然后引入两个性能评价指标,进行了大量逐步积分数值分析.与穷举法比较验证了该优化平台对于偏心结构中,给定数目黏滞阻尼器位置优化结果的可靠性和高效性.结果评价函数的设计和编码方法的选择对阻尼器优化影响较大,场地地震动输入会影响阻尼器的位置优化与编码方法的选择相关;力学参数的改变不影响阻尼器的位置分布,但非黏滞阻尼器阻尼系数和阻尼指数取值适中,可以兼顾层间位移角最大楼层和结构总体反应两个方面的减震效果.结论遗传算法与有限元方法的结合,可以方便快捷地解决偏心结构中阻尼器的位置优化的问题.但评价函数、编码方法以及地震动输入的选择要结合实际工程的需要.     

附加黏滞阻尼器的框架结构地震响应分析

考虑到地震动具有随机性,利用平稳过滤白噪声地震动模型,首先建立黏滞阻尼结构的动力方程,运用虚拟激励法将平稳随机地震激励转化为简谐振动分析,求解黏滞阻尼结构在随机地震作用下的响应,然后通过选用相同数量的阻尼器在最大层间位移处集中布置、循环布置、权数布置三种布置方案,对比分析布置前后结构的地震反应,得出最优的黏滞阻尼器空间位置布置方案。由此可知黏滞阻尼器具有明显的减震效果,得到的黏滞阻尼器布置建议对抗震设计和加固具有参考意义,同时使用虚拟激励法能高效快捷的求出结构的随机响应。     

基于改进遗传算法的阻尼器位置与数量优化分析

为实现大跨网架结构上黏滞阻尼器位置和数量的优化,以替换杆件模态应变能百分比之和取得最大值为目标函数,以结构节点位移、加速度和杆件应力的峰值为优化控制指标,采用Matlab编写并验证改进的遗传算法优化程序.基于优化结果,采用ANSYS对网架结构在多遇、罕遇地震作用下的震动控制效果进行数值模拟对比分析.结果表明,阻尼器优化布置方案减震效果良好,明显改善结构受力状况;以安全性及经济性为优化目标,得到最佳方案,总结出大跨网架中黏滞阻尼器的布置规律,对实际工程减震设计具有参考意义.     

附加黏滞和黏弹阻尼器的结构减震分析

为了更好地减少建筑结构的地震响应,研究将黏滞阻尼器和黏弹性阻尼器结合附加到建筑结构中。以9层钢筋混凝土框架结构工程为例,首先利用PKPM软件和ETABS软件建立了4种模型,振型对比分析发现:PKPM模型(无控结构)与ETABS模型a(无控结构)、模型b(附加黏滞阻尼器)和模型c(附加黏弹性阻尼器)的最大振型差分别为8%、7%和13%。结果说明:ETABS软件可取得较精确的结果,附加黏滞阻尼器后或黏弹性阻尼器后,结构的自振周期都有一定缩短,尤其是后者的作用效果更明显。再利用ETABS软件建立了5种模型,输入地震波后,对其层间最大位移角和最大位移进行对比分析,发现:较模型1(无控结构)而言,模型2(单独设置黏滞阻尼器)、模型3(单独设黏弹性阻尼器)、模型4(上层布置黏弹阻尼器结合下层布置黏滞阻尼器)和模型5(上层布置黏滞阻尼器结合下层布置黏弹阻尼器)的最大位移角分别减少了27. 2%、25. 7%、34. 7%和31. 8%,其最大位移分别减少了25. 3%、19. 0%、35. 4%和33. 2%,结果说明模型4的抗震性能最好,能达到有效的减震目的。     

黏滞阻尼器在某续建加固项目中的应用

对某续建加固项目进行了普通钢支撑方案和黏滞阻尼支撑方案的对比,给出了黏滞阻尼器的布置形式和设计参数,通过ETABS计算分析表明设置黏滞阻尼器能显著降低结构的地震响应,提高结构抗震性能,减小结构加固量.     

大跨度斜拉桥阻尼约束体系减震优化研究

目的研究在辅助墩和桥塔沿纵桥向布置液体黏滞阻尼器的墩、塔阻尼体系对大跨斜拉桥地震响应的影响,优化同类型大跨斜拉桥的减震体系.方法选取西固黄河大桥主桥为研究对象,基于非线性时程分析法对比4种约束体系下大跨度斜拉桥地震响应的特点,并通过参数分析确定了较为合理的黏滞阻尼器参数.结果辅助墩处的液体黏滞阻尼器分担部分桥塔阻尼器的阻尼力,使总阻尼力减小17.8%,桥塔阻尼器控制结构响应与辅助墩阻尼器控制结构响应基本不耦合;辅助墩与桥塔处液体黏滞阻尼器减震耗能明显,可以避免墩顶支座在纵桥向发生剪切破坏;综合考虑结构的内力和位移响应,西固黄河大桥合理阻尼器参数为:桥塔阻尼系数取12 000k N/(m·s-1)0.4,辅助墩阻尼系数取8 000 k N/(m·s-1)0.4.结论墩、塔阻尼体系可以有效控制大跨斜拉桥的地震响应,相比单独在桥塔处布置液体黏滞阻尼器,墩、塔阻尼体系改善了桥塔和过渡墩的内力.     

黏滞阻尼器不同布置对楼层反应谱的影响

在工程实践中,阻尼器的种类繁多且构造各不相同,它们被广泛地应用于高层建筑、桥梁工程、建筑结构、抗震改造和工业管道抗振等多个领域.以中国云南省某地区的建筑结构为研究对象,利用有限元软件ETABS对该建筑结构进行模拟分析,讨论在不同地震动作用下黏滞阻尼器的不同布置方案对楼层反应谱的影响,对比分析其差异.并在黏滞阻尼器不同布...     

黏滞阻尼器控制平-扭耦联效应最优位置研究

目的推导确定结构平-扭效应最小化以达到寻找黏滞阻尼器的最有偏心位置.方法推导了不同偏心形式单层偏心结构,采用不同方式布置黏滞阻尼器的减震结构考虑平扭耦联效应的振动方程,建立了基于结构平面几何中心平动与扭转位移响应相关性的目标函数.利用随机振动理论中的李雅普诺夫方程和最优控制理论求解目标函数最小值找到阻尼器的最优偏心位置,在此基础上编制相应程序对典型算例进行数值计算.结果结构周期和结构宽长比越大、等效阻尼比越小,则附加阻尼偏心率越大,扭平频率比在1.0左右会引起附加阻尼偏心率先减小后增大.地震荷载大小对计算结果没有任何影响.结论笔者所提方法适用于同类其他在复杂体型结构中的消能减震技术优化设计和既有建筑加固改造设计.     

客运专线大跨斜拉桥减震方案优化分析

以铁路客运专线大跨斜拉桥实际工程为研究背景,探讨了斜拉桥在纵、横向不同的抗震体系下结构的地震反应特点.通过大量的非线性时程反应分析,对黏滞液体阻尼器的布设位置及力学参数进行了优化分析.结果表明,沿纵桥向在塔梁间设置黏滞液体阻尼器,并合理选择阻尼器的力学参数,可显著降低主塔纵桥向的结构内力、塔顶位移以及塔梁间相对运动位移;沿纵桥向在塔梁间及辅助墩顶同时设置阻尼器则不仅可降低辅助墩及主塔的结构内力,还可有效提高塔顶位移及塔梁间相对运动位移的减震效果;沿横桥向仅在过渡墩、辅助墩顶设置阻尼器可显著降低过渡墩及辅助墩的墩身及其桩基础的横向地震反应.     

黏滞与金属阻尼器协同工作于加固工程的减震性能研究

文章基于现有黏滞阻尼器和金属阻尼器的研究,以安徽某住院门诊楼实际加固项目为研究对象,提出单独布置黏滞阻尼器、单独布置金属阻尼器、混合布置黏滞与金属阻尼器的3种加固方案;开展各方案在多遇和罕遇地震下的动力时程分析,综合减震前后层间位移、最大加速度等参数,研究黏滞阻尼器和金属阻尼器协同工作减震性能的优劣;基于协同工作方案进一步分析加固后的能量耗散情况以及阻尼器滞回曲线,研究其在实际工程中的具体减震效果。结果表明：2种阻尼器同时应用于加固工程时,合理的混合布置方案对结构的减震效果有显著提升,并且可以利用2种阻尼器的耗能特性实现分阶段耗能,耗能表现优异。     

某门诊住院楼消能减震加固设计与抗震性能分析

对于某工业厂房改造为医院门诊住院楼项目,文章采用基于消能减震技术的抗震加固方案进行分析设计,结合项目情况确定加固方案,在合理位置布置适当数量的黏滞阻尼器,采用ETABS有限元软件建立减震前后分析模型;分别在多遇地震下进行反应谱分析、弹性时程分析,对比减震前后模型层间剪力和层间位移角变化,并采用能量法计算附加阻尼比;提出在罕遇地震下预期抗震性能目标,通过动力弹塑性时程分析,对比层间位移角变化,并对建筑物进行性能评价。研究结果表明：与原结构相比,减震结构地震响应明显降低,塑性变形和损伤破坏满足抗震目标要求,黏滞阻尼器起到良好的耗能作用,减震设计效果显著。     

基于黏滞阻尼器的RC框架抗震性能提升设计

基于性能化设计理念，对既有RC框架结构提出了一种基于黏滞流体阻尼器的抗震性能提升设计方法.以大震作用下的结构弹塑性位移作为性能控制目标，利用等价高阻尼弹性位移反应谱，通过迭代进行原结构和减震结构的弹塑性位移响应计算.利用算例展示了不同黏滞阻尼器速度指数减震方案的设计结果，并与工程实践中常用的基于小震工况设计方法结果进行对比.结果表明，所提方法可以实现性能设计目标且避免直接对结构多次进行弹塑性时程分析，设计过程高效快捷.该方法更适合采用低速度指数的黏滞阻尼器，在阻尼器成本和结构大震位移响应相同的情况下，相比速度指数为0.6的减震方案，采用速度指数为0.2的阻尼器在中、小震作用下的结构位移响应可以分别减小16%和30%.     

苏通大桥主桥结构体系研究

苏通大桥主跨1 088 m,是目前世界上最大跨径的斜拉桥。大桥桥位处建设条件复杂,抗震和抗风要求高,选择合理的桥梁结构体系是保证结构安全和功能的关键。介绍了苏通大桥结构体系的比选过程,比较了全飘浮、黏滞阻尼器、液压缓冲器和塔梁固接4种体系,重点分析对比了不同参数下黏滞阻尼器和液压缓冲器的结构响应,首次提出了用于桥梁的带有附加限位功能的特大型液体黏滞阻尼器,对阻尼器的设计参数进行了分析研究,并在苏通大桥上实现了这一新型装置。     

多维多点激励下大跨度连体高层结构减振研究

针对连体高层结构连廊跨度不断增大的趋势,在多维多点地震激励下采用黏滞阻尼器对其进行了减振研究.首先从主动线性二次型调节(LQR)理论出发推导了阻尼器的主动最优控制力以指导阻尼器选型,进而通过在一大跨度连体高层结构算例在一致激励以及多维多点激励下对其进行了减振数值模拟研究.结果表明在连体高层结构上布置黏滞阻尼器可以有效减小地震响应并提高其抗震安全性,但同时也发现地震动空间效应会使减振效果发生明显波动,因此在设计减振方案后应考虑不同地震激励条件对减振效果进行验证.     

连接相邻结构的黏滞流体阻尼器性能研究

对近断层地震作用下连接相邻结构的非线性黏滞流体阻尼器的控制效果和性能进行了研究.根据阻尼器布置位置的不同共定义了3种分析工况.首先确定了各工况耦联结构耗能体系的动力响应;其次通过参数化研究得到了各工况中阻尼器的优化阻尼系数;最后基于阻尼器的最大输出力和最大冲程,对阻尼器的性能进行了详细的评价.研究表明：不同布置方式下阻尼器的优化阻尼系数大致相同;目前的技术条件可以满足不同布置方式下所需阻尼器的最大输出力和最大冲程.     

一种新型简易抗震装置及其在结构减震中的应用

总结了用于结构减震的多种安装形式的黏滞阻尼器;不同形式黏滞阻尼器通过放大两端相对位移达到减震的效果。在此基础上提出一种新的简易抗震装置,经过分析得到了该装置的位移放大系数,并通过时程分析和数值计算。结果表明其具有较好的减震效果。     

速度型减震技术在抗震水准提高的改造工程中的应用

福州琅岐岛某酒店公寓楼改造为中学宿舍,抗震设防类别由标准设防(丙类)提升为重点设防类(乙类),采用黏滞阻尼器对其进行抗震加固.对加设黏滞阻尼器模型和传统加固模型进行了罕遇地震下的抗震验算,对结构层间位移角、楼层位移、楼层剪力、地震输入能量分布和结构构件损伤等进行抗震性能分析,以及经济性对比.采用黏滞阻尼器进行抗震加固能有效将位移控制在2～3倍的弹性层间位移角限值,大幅提高结构抗震超强能力,替代主体结构构件耗散50%～60%地震能量,减轻结构构件的损伤.加设阻尼器加固后的结构抗震性能明显优于传统的抗震加固方式,且大幅降低结构在改造加固中的工程造价(降低约30%),可作为类似工程的参考.     

杆式压电摩擦阻尼器性能的数值分析

杆式压电摩擦阻尼器是一种新型可调滞回模型的阻尼装置.本文提出了杆式压电摩擦阻尼器的基本构造,对其力学模型进行了理论分析和推导,建立了阻尼器的数值分析模型.根据推导出的力学模型,模拟了新型阻尼器的多种可调滞回曲线.通过改变新型压电摩擦阻尼器的变形或速度与外加电场强度之间的函数关系,实现了拟摩擦型、拟限位型及拟黏滞型滞回模型.通过单自由度结构减振控制数值分析算例,进一步验证了杆式压电摩擦阻尼器的减振效果.结果表明,新型杆式压电摩擦阻尼器在采用拟黏滞型滞回模型时,对结构的位移、速度和加速度控制效果分别可达到80%、50%和10%左右;采用拟摩擦型滞回模型时,对结构的位移和速度的控制效果可达到70%和48%,但由于控制力始终保持在较大水平不变,因此对加速度的控制效果稍差.     

粘滞阻尼器加固的某RC框架结构抗震性能分析及优化设计

针对不满足抗震鉴定标准要求的某钢筋混凝土框架结构,采用粘滞阻尼器对其进行加固,首先选取阻尼器数量相同但布置不同的4种加固方案,对比分析加固前后结构抗震性能的变化,得出最优的粘滞阻尼器空间布置方案.在此基础上,对粘滞阻尼器的数量和技术参数进行调整,通过对比结构的抗震变形,以满足规范变形要求和造价最低为目标,确定了经济合理的加固方案,得到了关于粘滞阻尼器的布置原则和建议,得到的结论对同类工程的设计和加固具有参考意义.