相邻结构减震优化分析

利用阻尼器连接相邻结构可减小结构地震反应,阻尼器参数的确定是减震设计的关键。根据随机振动理论,在白噪声激励下,以相邻结构的自振频率比、质量比为参数,推导了结构位移反应均方值与连接阻尼参数的关系式,分析了相邻结构的地震反应与频率比、质量比以及连接阻尼比的变化规律,从而得到了连接阻尼器的优化设计参数。最后在El Centro波、Taft波及人工波激励下,对比分析了某相邻10层建筑结构有连接和无连接时的地震反应,结果表明粘滞阻尼器连接相邻结构具有较好的减震效果。本文分析方法可供相邻结构减震设计参考。     

五参数Maxwell阻尼减震系统非平稳响应解析分析

对单自由度带支撑五参数Maxwell阻尼耗能系统非平稳随机响应进行系统研究。基于积分微分方程实现结构时域非扩阶精确建模;采用传递函数法,直接在耗能结构原始空间获得减震系统在任意的激励和非零初始条件下结构位移和速度、支撑和阻尼器位移与速度以及阻尼器受力的时域响应精确解;进而针对7种经典调制白噪声地震激励和2种四参数可调的巴斯金谱地震激励,获得减震系统的结构位移与速度、支撑和阻尼器位移与速度以及阻尼器的受力随机平稳响应方差精确解;并使耗能结构系统非平稳随机响应的解析分析与计算完全转化为减震结构在原始空间的特征值解析分析与计算;从而构建了基于减震结构的非扩阶特征值分析,获得带支撑单自由度五参数Maxwell阻尼减震系统非平稳地震响应解析解的一套方法。     

黏滞阻尼器附加刚度对结构抗震性能的影响研究

为研究黏滞阻尼器附加刚度对结构抗震性能的影响,提出了考虑附加刚度影响的多自由度黏滞阻尼减震结构的分析模型,探讨了考虑附加刚度影响的结构动力非线性方程的求解过程,基于Matlab语言编制了非线性时程分析程序,并通过五层和十层算例研究了附加刚度对减震结构动力响应的影响,结果表明:附加刚度对黏滞阻尼结构的层间位移和顶层加速度的影响随地震输入的增大而增大,黏滞阻尼系数应根据结构刚度在一定范围内取值,附加刚度对减震结构的加速度响应具有放大作用。     

电磁调谐双质阻尼器的参数优化及对结构减震分析

目的利用电磁阻尼单元代替经典调谐质量阻尼器中的黏性阻尼单元,引入惯质概念,提出一种具有结构减震功能的新型电磁调谐双质阻尼器(EM-TMID).方法依据达朗伯原理,建立EM-TMID与单自由度耦合结构在地震作用下的动力学模型;然后基于蒙特卡洛-模式搜索法数值优化理论,分别以主结构位移和加速度峰值最小为目标函数,对EM-TMID进行参数优化,得到EM-TMID的结构频率比、电磁阻尼比和机电耦合系数的优化参数;最后通过频域和时域两种方法仿真分析了EM-TMID对结构的减震性能.结果在频域分析中,EM-TMID的主结构位移和加速度频响峰值优于固定点法的经典TMD;在时域分析中,EM-TMID对结构位移、加速度峰值和均方根的减震性能均优于经典TMD.结论 EM-TMID较经典TM D有更好的动态特性和鲁棒性,有效地提高了对结构的减震效果.     

复合型泡沫铝/聚氨酯阻尼器在相邻结构减震控制中的应用

根据泡沫铝/聚氨酯复合材料(AF/PU)的摩擦性能与循环压缩变形特点,研制出一种由AF/PU抗碰撞装置和摩擦耗能装置组成的复合型AF/PU阻尼器.该阻尼器在小位移时可平稳出力,超过设计位移后输出力会随位移迅速增长.基于此特点,利用OpenSEES软件编写了该阻尼器的理论模型.以相邻8层与3层框架结构为例,研究了该阻尼器对相邻结构的减震控制,并与黏滞流体阻尼器的减震效果进行了对比.结果表明:相邻结构间距较小时,采用黏滞流体阻尼器连接的相邻结构依然会发生碰撞;复合型AF/PU阻尼器的两阶段出力不仅能够为相邻结构提供耗能减震作用,还可有效解决相邻结构的地震碰撞,并且其减震效果优于黏滞流体阻尼器.     

单层球面网壳的粘弹性阻尼器减震控制参数分析

通过数值计算方法,分析了粘弹性阻尼器的特征参数对减震效果的影响规律. 考虑阻尼器的等效刚度系数不变而等效阻尼系数改变和等效阻尼系数不变而等效刚度系数改变两种情形,并分别选取加速度峰值为70 gal和400 gal的El-Centro波、Taft波和天津波作用于无控和受控单层球壳, 利用ANSYS进行非线性动力时程分析,得到球壳受控前后的最大节点位移、杆件的最大轴力、最大支座反力以及不同阻尼器参数情形下的减震系数. 结果表明:阻尼器参数决定减震效果的好坏;不同地震波作用下的减震规律有所不同;罕遇地震作用下减震效果更明显.     

高铁矮塔斜拉桥减隔震装置性能对比研究

目的研究不同减隔震装置如黏滞阻尼器、速度锁定器和双曲面球型减隔震支座的减震机理和减震效果,为高铁矮塔斜拉桥减隔震设计提供依据.方法以某高铁矮塔斜拉桥为背景,建立Midas有限元模型,分别采用不同连接单元模拟黏滞阻尼器、速度锁定器及双曲面球型减隔震支座,输入人造地震波,进行各装置的参数优化及减震效果对比.结果黏滞阻尼器减震率为27%～59%;双曲面球型减隔震支座减震率为34%～48%,但却使墩梁相对位移增加32%;速度锁定器减震率为12%～39%,但却使相邻塔墩内力增加18%～39%.结论双曲面球型减隔震支座减震率高但是增加了墩梁相对位移;速度锁定器减震率较弱,并且提高了结构刚度,增加了桥梁对地震的反应;黏滞阻尼器减震率高,副作用小,并且可以消耗地震能量,对内力和位移均有较好的减震效果,在实际应用中优先推荐使用.     

基于微动滑移模型的叶片阻尼结构参数研究

基于单边微动滑移的干摩擦阻尼模型，采用Timoshenko梁单元模化叶片，建立了带干摩擦阻尼结构叶片的动力学方程．针对该微分方程的非线性特点，采用一阶谐波平衡法，进行了动力响应的计算分析．研究了阻尼器的正压力、位置、截面拉伸刚度，以及激振力的位置和大小等阻尼结构参数对叶片系统响应的影响．研究结果表明：阻尼器的正压力和截面拉伸刚度存在一个最优值，使系统响应最小；阻尼器的位置对共振频率有较大的影响；激振力的大小和位置同样影响系统的动力特性．研究结果为叶片的最佳阻尼结构设计提供理论依据．     

黏弹性阻尼器减震结构考虑SSI的参数分析

采用通用有限元软件ANSYS,针对某软土地基上土-基础-黏弹性阻尼器减震框架结构进行了三维有限元分析.计算中土体的本构模型采用等效线性模型,土体的侧向边界采用黏弹性人工边界,研究了改变黏弹性阻尼器的阻尼系数、土体的软硬程度和基础形式等参数时,土-结构相互作用(简称SSI)对黏弹性阻尼器减震效果影响的变化规律.结果表明:随着黏弹性阻尼器阻尼系数的增大,土-结构相互作用对其减震效果的影响程度先增大后减小;黏弹性阻尼器的减震效果总体上随着土体的变硬而变好;设置黏弹性阻尼器的结构采用桩筏基础的减震效果优于采用箱型基础的.     

设有Maxwell阻尼器的连续梁桥的减震效果分析

用Fortran语言编制可以包含Maxwell阻尼单元的结构动力分析程序,研究阻尼器对连续梁桥的减震效果.研究表明:阻尼器可以减小结构的地震反应,使墩底的内力分配均匀,有利于结构的抗震设计;当合理地选择阻尼器的参数值时,Maxwell模型阻尼器对连续桥梁结构具有良好的减震效果.     

粘滞阻尼器参数对悬索桥抗震性能影响研究

以某悬索桥为分析对象,采用有限元仿真分析方法,研究了粘滞阻尼器不同参数对该桥抗震性能的影响.针对不同粘滞阻尼器阻尼系数以及阻尼指数组合,采用时程分析方法,比较分析了结构主要构件和部位的内力及位移地震响应结果.根据分析结果,并考虑结构实际应用情况,确定了合理的粘滞阻尼器参数.     

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.     

地震作用下采用UHPC铺装钢箱梁斜拉桥阻尼器参数优化

为探究采用UHPC铺装的大跨径钢箱梁斜拉桥的结构自重增加对桥梁地震响应的影响,并为其选用合理的约束体系,优化减隔震装置参数。以Ⅷ度区的榕江特大桥为研究对象,采用CSI Bridge有限元分析软件构建了全桥有限元分析模型,开展不同约束体系下桥梁结构地震响应的对比分析,并对纵向设置黏滞阻尼器的最优约束体系进行参数优化;建立地震作用下结构关键截面处地震响应与阻尼器参数间的非线性关系,基于敏感性分析确定阻尼器参数的合理取值。研究结果表明:采用UHPC铺装的大跨径钢箱梁斜拉桥,在地震作用下其塔、墩关键截面处的弯矩、剪力、位移响应值均较采用沥青混合料铺装时的响应值有一定的提高;通过在塔梁间设置阻尼器,可以有效减小由于钢-UHPC组合桥面结构重量增加对桥梁抗震性能带来的不利影响;分析阻尼器参数变化对地震作用下桥梁结构内力响应和位移响应的影响,可看出阻尼系数对其影响占主导地位,速度指数相对较弱。对比各阻尼器参数工况下桥梁结构的地震响应值,最终选定该桥梁结构的黏滞阻尼器参数分别为阻尼系数C=3 000、速度指数α=0.3。该研究可为高烈度地震区相似桥梁结构的约束体系选取及阻尼器参数优化提供参考。     

基于云量子遗传算法的核用桥起减震装置的优化与分析

核电厂专用桥式起重机在运行工作中常受到地震载荷的影响,针对该问题本文通过引入粘滞阻尼器对原有减震装置进行了改进,并采用云量子遗传算法对引入的粘滞阻尼器阻尼系数进行优化选取。通过仿真实验完成了桥式起重机有限元模型和等效单自由度实验模型的地震位移响应的结果比对以及减震装置改进前后位移、应力分析。结果表明：改进后桥式起重机整体强度、刚度及稳定性均符合安全要求,在减震结构时程分析上具有良好的一致性,减震率也有进一步提升。该结论可为后续的桥式起重机减震研究等提供理论参考。     

连廊连接非对称双塔连体结构的连接参数研究

根据双塔连体结构柔性连接体系的3-DOF模型,以平稳白噪声为地震动激励,推导了塔楼位移的频响函数及功率谱密度函数,建立了结构振动能量表达式．以连廊两端的连接刚度和连接阻尼为研究参数,分别以单体塔楼结构和整体结构的振动能量最小为控制目标,采用数值分析方法探讨了连廊两端连接刚度和连接阻尼对结构振动的影响,得到了多种工况下的优化连接参数分布和在EICentro波、Taft波及人工波激励下的时程分析对比了减震效果．最后对某工程实例进行了位移反应功率谱密度分布分析和地震作用时程分析,对比了减震效果．结果表明连廊两端连接参数对底部塔楼结构动力反应具有交叉影响,塔楼结构不能同时达到最优减震效果,但可根据不同控制目标选取优化参数以取得较好减震效果．     

线性二次型调节器算法对黏弹性阻尼器参数的优化设计

鉴于黏弹性阻尼器(VED)对结构减震控制的局限性,采用等效刚度和等效阻尼的力学模型,对VED的参数优化问题进行了研究。基于LQR的最优控制算法,提出一种以VED控制下结构的振动响应去逼近最优控制下结构振动响应的VED参数优化的新方法。通过对一个加入VED的3层混凝土框架结构进行动力响应数值分析,得出结论。方法相对简单,所提出的VED参数优化方法能够使结构动力响应得到有效的控制,控制效果与采用最优控制算法的计算结果较为接近,验证了该方法的有效性。利用上述方法优化VED参数,对结构进行振动控制,虽然无法达到全状态最优增益反馈控制力的主动控制效果,但经过优化后的动力反应逼近最优控制算法的结果。该方法为VED在结构减震控制方面取得更好的减震效果提供了理论参考。     

带TMD及Maxwell阻尼器结构的随机地震响应

为了对同时设置TMD及Maxwell阻尼器的建筑结构随机地震响应进行分析,将结构响应以第一振型展开,所得运动方程中质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵均非对称,故采用扩阶复模态理论对其解耦,获得了结构以第一振型表示的地震响应的解析表达式。算例分析结果表明:同时设置TMD及Maxwell阻尼器的结构比单一设置TMD或Maxwell阻尼器的减震效果更好,而且可以有效减少阻尼器的受力。     

大跨度斜拉桥纵桥向阻尼器减震措施研究

以某座大跨度斜拉桥为研究背景,采用非线性时程分析方法,对在主塔与主梁之间设置纵向阻尼器的减震措施进行研究,分析不同阻尼器参数对结构地震响应的影响规律,确定了一组较合适的阻尼器参数.研究结果表明:设置纵向阻尼器可有效减小大跨度斜拉桥的地震响应,阻尼器参数的选择需综合考虑结构主要构件的内力与位移地震响应变化规律,根据优化目标,进行参数优化分析,以达到理想的减震效果.     

摩擦阻尼器和TMD共同作用下的钢框架的减震分析

研究采用质量调谐减震原理,将填充墙作为TMD的质量块,摩擦阻尼器作为其耗能原件提供刚度和阻尼,结合TMD和摩擦阻尼器属性,实现两者的共同耗能。为观察这种新型减震装置在框架结构中的耗能效果,本文利用有限元分析软件ETABS对安装有减震装置的钢框架以及未安装该装置的框架结构,进行罕遇地震下的时程分析。计算结果表明:安装有该装置的结构的顶层位移角最大能减小约70%,并且满足罕遇地震下规范位移角的限值,具有很好的减震耗能效果。     

LQR算法对粘弹性阻尼器参数的优化设计

鉴于粘弹性阻尼器(VED)对结构减震控制的局限性,采用等效刚度和等效阻尼的力学模型,对VED的参数优化问题进行了研究。基于LQR的最优控制算法,提出一种以VED控制下结构的振动响应去逼近最优控制下结构振动响应的VED参数优化的新方法,通过对一个加入VED的3层混凝土框架结构进行动力响应数值分析,得出结论：本文方法是相对简单的;所提出的VED参数优化方法能够使结构动力响应得到有效的控制,该方法的控制效果与采用最优控制算法的计算结果较为接近,验证了该方法的有效性;利用上述方法优化VED参数,对结构进行振动控制,虽然无法达到全状态最优增益反馈控制力的主动控制效果,但经过优化后的动力反应逼近最优控制算法的结果。该方法为VED在结构减震控制方面取得更好的减震效果提供了理论参考。