大震下中间层隔震体系的随机动力可靠性分析

建立了中间层隔震结构的非线性动力分析模型.用刚度退化Bouc-Wen模型描述钢筋混凝土框架的滞变恢复力;用非退化Bouc-Wen模型描述隔震层的恢复力.采用虚拟激励法计算结构的非平稳随机地震响应,在Poisson交叉过程假设下,求得了结构体系基于位移首超破坏准则的动力可靠度,并以实际工程为背景,分析了隔震层参数对中间层隔震结构的体系可靠度的影响.结果表明:采用中间层隔震技术后,隔震层上部结构的地震力水平较原结构降低了一度,且下部结构的动力可靠度也较不隔震时有所提高,合理的隔震层刚度和适当的隔震层阻尼可以明显降低中间层隔震结构在大震下整体倒塌的概率.     

建筑结构隔震体系的动力反应

运用隔震理论建立结构隔震体系的动力模型和运动方程,着重考虑了隔震体系的恢复力特性,进行了隔震体系在时域内的地震反应程序设计。算例表明,隔震体系上部结构的动力反应幅值均可以大大降低。其中,顶层相对地面位移降低了13.62%,层间位移降低了35.57%,最大绝对加速度降低了33.68%,层间剪力降低了35.60%。     

考虑竖向地震作用的滑移摩擦隔震结构高宽比限值研究

对考虑竖向地震作用的滑移摩擦隔震结构的高宽比限值进行了研究。采用多自由度分析模型,建立了滑移隔震结构在水平与竖向地震作用耦联下的运动微分方程,给出了考虑竖向地震作用的滑移摩擦隔震结构的高宽比限值计算公式。以某六层采用摩擦滑移隔震的框架结构为例,考虑不同的场地条件,研究了竖向地震作用的存在对隔震结构高宽比限值的影响。     

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.     

建筑物滚动摩擦隔震理论

提出了建筑物滚动摩擦隔震理论。根据动能定理与多体动力学理论,导出了复位弹簧-辊轴摩擦摆隔震系统的强非线性多自由度运动方程,并根据龙格-库塔方法给出了数值求解过程．计算了两个实例工程在地震作用下的动力反应特性．分析了滚动摩擦隔震系统的隔震性能,辊轴式摩擦摆的结构较FPS滑道式摩擦摆有了改善．它消除了隅型摩擦摆中滑道摩擦力的冲击作用,也不必在滑道系统中设置运动转向装置．在合适的复位弹簧系数及滚动摩擦系数条件下,辊轴式摩擦摆隔震系统具有较好复位能力与耗能特性,隔震效率可达80％以上,的而且在竖向也可能会有较好的隔震效果。     

设置RFPS系统的隔震结构水平震动响应分析

阐述了RFPS隔震系统的滚动摩擦耗能原理,根据动能定理与多体动力学理论,导出了圆弧滑道摩擦隔震系统的强非线性多自由度运动方程,运用Newmark—β方法并采用MAT—LAB编程编制了求解软件。计算了六层框架结构在地震作用下的动力反应方程,分析了辊轴摩擦隔震系统的隔震性能,与未设置隔震支座的结构进行比较并评价其隔震效果。     

基于SIMULINK的基础滑移隔震结构仿真计算分析

提出了一种在SIMULINK环境下对建筑结构基础滑移隔震体系进行仿真计算分析的新方法，给出滑移隔震结构隔震动力方程，分析了含滑移隔震层的剪切型多自由度串联体系模型，并给出模型的状态方程，根据模型状态方程在SIMULINK环境下建立了多质点滑移隔震结构的仿真程序，并将其应用到经平移后采用滑移隔震减震加固的江南大酒店工程中，计算结果与其他计算方法所得结论一致，证明了该方法对滑移隔震体系分析的正确性和有效性，基于SIMULINK的仿真分析方法还可以应用到土木工程其他主动与被动控制研究领域。     

土与隔震结构共同作用的随机地震反应分析

采用子结构法,把地基土视为置刚性基础于其上的匀质、各向同性的粘弹性半空间,用Bouc-Wen光滑型滞变恢复力模型来模拟隔震层的弹塑性,上部结构采用剪切型结构模型建立土-结构动力相互作用的隔震结构非线性运动方程;利用状态空间法,将地震波以功率谱密度的形式输入,通过随机等效线性化获得隔震结构反应的统计值.分析表明,基于刚性地基假定的隔震结构设计并不总是保守的,地基土的类型和隔震结构的隔震度都在一定范围内对结构地震反应有显著影响.     

环境激励下基础隔震结构时变模态频率的温度效应

基于实测隔震层温度和结构加速度响应数据,分析了环境温度对基础隔震结构模态频率的影响规律.首先,采用小波变换方法识别了基础隔震结构时变模态频率;然后,分别采用单自由度简化模型和双自由度简化模型推导了环境温度对基础隔震结构模态频率的影响机理,对基础隔震结构模态频率与隔震层温度进行了相关性分析,提出温度对模态频率的影响系数,量化了隔震层温度对隔震结构模态频率的影响,并结合隔震支座温度相关性试验,对相关性分析结果进行了验证;最后,通过参数回归分析,提出模态频率与温度的相关性模型,并给出了温度对基础隔震结构模态频率的影响系数曲线.结果表明,实测温度影响系数曲线与隔震支座温度相关性试验结果表现出较好的一致性,可为基础隔震结构的性能评估提供可靠依据.     

具有NES的复合摩擦摆隔震性能有限元分析

为探讨具有NES的复合摩擦摆隔震性能,采用ABAQUS软件对一幢三层框架结构进行有限元模拟分析,选取EL-Centro波、Accel人工波、Taft波,计算结构在不同震级、不同加速度峰值地震作用下的响应,并对隔震前后结构的动力反应进行对比.分析结果表明:具有NES的复合摩擦摆隔震支座可以有效地减小结构在地震作用下的加速度响应,并使结构产生整体平移,减小了结构的层间位移角,同时增大了结构自振周期,远离了一般场地的卓越周期,结构可以快速有效地吸收消耗地震能,将地震能更多地转化掉,从而达到隔震的效果.     

电流变隔振器系统的键合图分析及动特性仿真

基于电流变液体特殊的阻尼可调的力学性能,针对电流变隔振器的结构特点,论述了其工作原理,采用键合图方法仿真和模拟评价隔振系统性能的两个参数--动刚度和响应滞后角.从理论的角度证明了电流变隔振器在低、高频段均有良好的隔振效果,该隔振器可利用"智能"的电流变液体,依靠外电场的控制及时准确地调控液体的粘度,实现对系统阻尼力的干预调节,达到发动机宽频带范围内主动隔振的目的.     

大高宽比隔震结构隔震层参数确定及地震反应简化计算

根据超高层隔震结构等大高宽比隔震结构体系地震反应分析的单质点、双质点和三质点剪切型简化计算模型,对大高宽比隔震结构隔震层特性参数进行了研究,得出了隔震层水平刚度、最大设计位移和隔震支座压应力与界限荷载、压应力的关系.采用振型分解反应谱法,通过对地震反应分析预测简化计算方法的研究,提出大高宽比隔震结构的层间剪切力、层间变形以及层间最大位移反应等预测计算方法,以及多质点体系隔震层和上部结构的加速度反应分布计算理论式等.     

基于电流变减振器的汽车半主动悬架最优控制

设计了一个混合模式电流变减振器，建立了相应的电流变减振器阻尼力数学模型。在l／4车辆动力学模型的基础上，考虑电流变减振器的阻尼特性，对车辆半主动悬架进行了线性二次型最优控制，设计了一个最优输出调节器。确定了最优控制的目标函数和加权矩阵。用龙格—库塔法解出了最优控制的反馈矩阵。仿真结果表明：最优控制能有效的降低车身加速度，提高车辆运行的平顺性和安全性；设计的电流变减振器结构合理，能满足半主动悬架最优控制的需要，电场强度小于3kV／mm；整个控制系统易于实现，能耗低，响应速度快，可用于半主动悬架的实时控制。     

变激励条件下金属橡胶非线性减振器试验研究

以某型金属橡胶非线性减振器为研究对象,对其进行了静态试验及不同正弦激励条件下动态试验,建立了基于双折线本构关系的数学模型,并利用粒子群优化算法对不同激励条件下减振器模型的参数进行了识别,通过识别参数的对比得到了减振器各参数在不同激励情况下的变化趋势. 结果显示对金属橡胶非线性减振系统进行动力学分析时,必须首先对实际工况下减振器进行动态试验,再通过参数识别获取减振器准确的数学模型,才能对金属橡胶减振系统进行准确的动力学分析.      

双层高阻尼隔振器动力学特性研究

提出一种由正负刚度元件组成的双层高阻尼隔振器,并建立其系统动力学模型.分别采用拉氏变换给出其频响特性和力传递率,利用四阶龙格-库塔法得到其时域响应.通过与单层/双层参考线性隔振器和单层高阻尼隔振器的动力学特性对比,双层高阻尼隔振器可以在中低频段较宽范围内实现振动响应的有效控制,且对多频激励的控制效果最优.文中重点关注了高阻尼隔振器设计参数刚度比α和安全系数ε对其响应特性的影响.计算结果表明:参数选择合适,可实现高阻尼隔振器无谐振峰的振动控制效果.      

金属橡胶非线性减振系统混沌特性研究

对金属橡胶非线性减振系统的混沌特性进行了研究,建立了系统的力学模型,对减振器进行了静、动态试验,识别了减振器的各参数,通过求解系统响应随激励参数变化的分岔图,确定了系统产生混沌时激励力和频率的取值,采用Runge-Kutta法求解并绘制了系统的位移时间历程图、相图、Poincaré映射图和频谱图,计算了Lyapunov指数最大值,并在Adams软件环境下进行了仿真试验验证,证明了金属橡胶非线性减振系统具有混沌振动特性.      

隔震结构-设备耦合体系的楼面反应谱影响因素分析

建立隔震结构-设备耦合体系的SIMULINK动力分析模型,选取2栋实际的隔震结构和多条地震动,对隔震结构-设备耦合体系进行动力时程分析,求得楼面加速度放大系数的均值谱作为楼面反应谱,并与不考虑耦合效应的隔震结构楼面反应谱进行对比,讨论设备动力特性、隔震结构动力特性、建筑场地和设备所在楼层位置对隔震结构-设备耦合体系楼面反应谱的影响.结果表明:设备质量和阻尼越大,隔震结构-设备的耦合效应越明显,特别当设备与所在楼层的质量比超过1%时,宜考虑设备-结构的耦合作用;隔震结构动力特性、设备动力特性和场地条件均会影响楼面反应谱的谱值和谱形,但设备不同位置对楼面谱的影响很小,可忽略不计.     

基于电流变减振器的汽车半主动悬架的开关控制

对安装有电流变阻尼器的半主动悬架进行数学建模,并在1/4车辆动力学模型上建立运动学方程和状态方程. 采用电流变阻尼器作为动作器,用开关控制对车辆模型进行模拟. 仿真结果表明:开关控制算法对悬架的动挠度、轮胎的动变形的控制是有效的,在一定程度上减低了车身垂直加速度,能有效提高车辆运行的平顺性和安全性. 开关算法所提供的是非连续控制信号,算法简单,效果好,有很好的应用前景.     

一种几何非线性低刚度高阻尼隔振器动态特性研究

为了实现隔振器低动态刚度和高阻尼的设计目标,利用两层变杆长X型机构,提出一种新型隔振器.首先,采用谐波平衡法获得所建隔振系统动力学模型的稳态解析解,并分别给出隔振系统的幅频响应、相频响应、等效刚度、等效阻尼和力传递率.然后,根据力传递率,将新型隔振器与常规线性隔振器和准零刚度隔振器进行对比分析.同时,采用有限元方法对获得的解析解进行了有效性验证.最后,分析并给出系统参数对新型隔振器隔振性能的影响规律.结果表明：与常规线性隔振器相比,新型隔振器具备更小的动态刚度和更高的阻尼输出;与准零刚度隔振器相比,本新型隔振器除了能保证低刚度和高阻尼输出之外,还具有较好的稳定性与静承载能力;隔振系统设计参数对隔振性能均有较大影响,可通过灵活调整隔振系统各设计参数满足不同的隔振需求.     

气动可调式准零刚度隔振器设计及特性分析

针对承载质量的变化会影响隔振器性能的问题，设计了具有准零刚度特性的可调式非线性气动隔振器.该准零刚度隔振器由一个竖直的双气室可调式气动弹簧和4个对称初始水平放置的单气室可调式气动弹簧组合而成.分析了气动可调式准零刚度隔振系统的设计参数之间应满足的关系.当承载质量改变时，通过调节气压来保持静平衡位置处的准零刚度特性.利用谐波平衡法对系统进行振动分析，得到了系统的力传递率，并对其隔振性能进行了评估.结果表明，系统具有良好的低频隔振性能，优于相应的线性系统.