隔震桥实时混合试验的稳定性和精确性分析

为研究隔震桥梁实时混合试验的稳定性和精确性,以加有摩擦摆和粘滞阻尼器的隔震桥的试验室比例模型为研究对象,以粘滞阻尼器为试验子结构,安装摩擦摆的隔震桥为数值子结构,进行实时混合试验,通过考虑摩擦摆的强非线性,理论分析了振幅误差和时滞误差对试验系统稳定性和精确性的影响,最后通过试验验证理论分析结果。理论分析和试验结果都表明,对于加有粘滞阻尼器的隔震桥系统,基于α法的数值积分的实时混合试验系统满足稳定性和精确性要求。具体而言,作动器振幅误差不会影响系统稳定性,仅仅相当于增加或减小系统的阻尼;而作动器时滞小于0.012 s时,系统是稳定的。该研究对于足尺隔震桥的实时混合试验具有相当的指导意义。     

水平地震作用下巨-子型有控结构的动力响应研究

针对巨一子型有控结构存在的因子结构加速度过大及位移过大可能会造成主、子结构碰撞的问题,本文设置了一种实际的粘滞阻尼器,分析水平地震作用下其对巨一子型有控结构动力响应的控制效果,通过改变粘滞阻尼器的安装位置,进一步讨论了粘滞阻尼器安装位置对其控制效果的影响,研究表明:粘滞阻尼器的设置不会影响子结构的调频作用,且能改善巨一子型有控结构的控制效果,减小主结构位移、子结构加速度响应,其在结构中的安装位置对控制效果影响显著.     

粘滞阻尼墙模型的振动台实验方法

粘滞阻尼墙是一种速度相关型的阻尼器,依靠粘滞材料的剪切变形来耗能.对粘滞阻尼器进行实验加载的传统方法是采用高速作动器,对实验设备要求比较高.为了降低实验成本,利用更普及的实验设备——振动台对粘滞阻尼墙模型进行加载,提出了一种新的实验方法:实验模型中完全由粘滞阻尼墙承担水平力,没有设置其它的抗侧构件;水平力由与粘滞阻尼墙内部钢板相连的配重的惯性效应产生;配重的自重通过承重构件传递到滑轮上.同时提出了高精度的数据拟合和分析方法,可以通过计算间接得到粘滞阻尼墙的滞回曲线.设计、制作了一个小比例实验模型,通过振动台加载,取得了很好实验效果,证明了所提实验方法的正确性.最后通过理论推导,针对利用振动台加载的实验设计提出了建议方法.     

粘滞阻尼器被动振动控制仿真研究

在介绍粘滞阻尼器结构原理、力学模型及其被动控制设计方法的基础上,以一连续梁桥作为工程实例,将设有粘滞阻尼器耗能支撑的桥梁结构看作一控制系统,利用达朗贝尔原理建立系统的动力学方程,利用Matlab/Simulink工具箱建立仿真模型,就阻尼器不同的阻尼系数、速度指数取值及不同的安装位置进行了动态仿真分析.结果表明:合理安装了粘滞阻尼器的梁桥,其地震动力反应得到很好的控制,位移、速度、加速度都有明显地减小.     

液体粘滞阻尼器在梁桥抗震中的应用

以某公路桥主桥三跨预应力混凝土悬臂梁为工程背景,利用有限元软件Midas/civil建立空间有限元模型.采用非线性时程分析方法计算设置粘滞阻尼器前后顺桥向节点位移、墩底弯矩、墩顶剪力的变化,从而评价粘滞阻尼器对提升桥梁抗震性能的作用.结果表明,合理设置液体粘滞阻尼器可以有效地减小桥梁位移和墩顶剪力,改善桥梁的抗震性能.     

单自由度Maxwell阻尼器耗能结构基于频响函数谱矩的等效阻尼

为建立单自由度Maxwell阻尼器和支撑—粘滞阻尼器复合系统减震结构基于反应谱的抗震设计方法,提出了一种此类结构等效阻尼的新型分析方法。鉴于Maxwell阻尼器和支撑—粘滞阻尼器系统的松弛时间均为小量的特性,首先,对结构系统的运动方程进行重构以提高分析精度;其次获得重构系统及其等效系统的频响函数,利用两种体系的频响函数的零阶和二阶谱矩相同的等效准则,获得了单自由度Maxwell阻尼器和支撑—粘滞阻尼器系统耗能结构等效阻尼及等效频率的解析表达式。数值分析表明:在抗震规范规定的参数范围内,本文所提方法的精度明显优于经典的模态应变能方法。     

加载速率对速度控制型实时子结构拟动力实验结果的影响

运用DSP高速数字信号处理器的实时信号处理与控制技术,研究基于速度控制法、Operator Splitting(OS)数值积分法和相应的实验误差控制法的实时子结构拟动力实验系统.该试验控制系统对试验动力加载装置采用速度控制,通过速度控制程序实现了减少加载速率对实验结果的影响,使橡胶隔震支座的速度相关性能在试验过程中得到充分体现,同时也有效地减少了实验的时滞误差;并进一步通过实时子结构拟动力试验研究加载速度对桥梁实时子结构实验结果的影响.实验结果证明,橡胶隔震支座是速度相关性很强的实验构件,不同时间因子的地震波拟动力子结构试验结果有很大的不同.实时地震波拟动力子结构试验的实验结果比时间因子为0.2和0.5的实验结果小.     

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.     

消能减震钢结构在竖向地震作用下的抗震性能分析

通过对某7层钢结构及其增设粘滞阻尼器结构进行数值分析,可得在竖向罕遇地震作用下粘滞阻尼器对钢结构有着显著的消能减震作用.较原钢结构,增设粘滞阻尼器钢结构的楼层位移有着11.3%的降幅,楼层层间位移降幅最大达16.4%,说明对于钢结构在实际工程设计中,其抗震性能的提高可以通过增设粘滞阻尼器来实现.     

大平台多塔楼结构的隔震减震控制

结合某实际工程,将隔震技术应用到大平台多塔楼结构中,形成大平台多塔楼新型隔震体系.为了进一步提高该新型隔震体系的抗震性能,在隔震层设置了液体粘滞阻尼器,探讨了这种大平台多塔楼结构隔震减震控制的效果.本文建立了大平台多塔楼新型隔震减震体系的运动方程,考虑了隔震支座的非线性,并基于广义Newm ark积分法编写了整个非线性隔震减震体系的仿真分析计算程序.仿真分析结果表明,这种新型隔震体系可以同时减小上部住宅结构与下部平台的地震反应,为提高大平台多塔楼结构的抗震安全性提供了一条崭新的途径.在隔震层附设粘滞阻尼器可进一步减小隔震结构下部平台的地震反应与隔震层的非线性反应,提高这种新型隔震体系的抗震安全性.两种粘滞阻尼器的对比还表明非线性粘滞阻尼器比线性粘滞阻尼器理论上更合理,且更为有效.     

子结构拟动力试验的模型修正法

分别针对剪切模型和杆系防屈曲支撑模型,采用有限元软件OpenSEES整体时程分析方法,研究了试验子结构数量对子结构拟动力试验结果的影响。结果表明:随着试验子结构数量的增多,试验结果精度逐渐提高,呈现出近似二次抛物线形变化规律。在构件数量较多结构体系中,试验子结构数量较少时,子结构拟动力试验的精度不高,试验的意义不大。针对一个单跨两层带斜撑框架模型,基于OpenSEES进行虚拟子结构拟动力试验,采用最小二乘法,利用试验子结构观测数据,在线识别试验子结构的恢复力模型参数,并实时修正与试验子结构有相同恢复力特性的数值子结构恢复力模型。不同试验工况下试验结果对比表明:即使试验子结构数量受到限制,在子结构拟动力试验过程中,基于最小二乘法模型修正方法可以显著提高子结构拟动力试验的精度。     

设备-高层结构-地基土体系交互计算方法

提出了模拟设备-高层结构-地基土体系振动台实时子结构试验的数值交互计算方法,并且结合地基土在强震作用下并非全部进入非线性的特点,认为可尝试将具有局部非线性特点的地基土模型作为数值子结构、设备-高层结构体系作为试验子结构,从而在振动台实时子结构试验中考虑地基土非线性特性影响。采用分支模态子结构法与线性-非线性混合约束模态子结构法推导了设备-高层结构-局部非线性地基土体系的运动方程。选用一幢13层钢框架设备-高层结构-地基土体系模型作为分析实例,采用MATLAB与ANSYS分别建立设备-高层结构体系与局部非线性地基土计算模型,两者之间进行数值交互计算,发现土-结构相互作用与设备的频率变化对设备与结构的地震反应有重要的影响。     

基于MRF-04K阻尼器的LQG半主动控制系统

在MRF-04K阻尼器动力特性试验的基础上提出了一种能够准确描述该阻尼器特性的滞回模型，通过实测曲线与模拟曲线的对比分析表明，该模型能够真实反映阻尼器的滞回特性．建立了基于MRF—04K阻尼器的LQG半主动控制系统，仅需结构加速度响应作为反馈信息，通过对3层模型结构的计算分析表明，该系统能够充分利用阻尼器的性能，实现较好的减震控制效果．     

基于OpenSees的子结构拟动力试验方法研究

研究了以有限元软件OpenSees为核心计算平台的子结构拟动力试验方法,主要探讨了在OpenSees中实现子结构反应量实时查询、子结构边界条件处理,以及利用OpenSees的通信协议实现试验子结构和整体结构时程分析程序之间位移指令和反馈力的数据交换方法.利用本文方法进行了8层防屈曲支撑高层钢框架的虚拟子结构拟动力试验,试验结果与采用OpenSees进行整体时程分析的结果吻合良好,证明了本文子结构拟动力试验方法的可行性与有效性.     

基于OpenSEES的复杂子结构拟动力试验方法研究

以OpenSEES为核心计算平台,针对框架结构体系取复杂子结构的拟动力试验方法开展研究。探讨了取局部结构体系为试验子结构时的边界条件模拟方法,解决了数值子结构因形成几何可变体系而无法在OpenSEES中求解的问题。通过一榀十二层五跨防屈曲支撑钢框架结构和一榀八层三跨钢筋混凝土框架结构取一层一跨和一层三跨结构体系为试验子结构的拟动力试验,验证了本文子结构拟动力试验方法的可行性与有效性。     

使用新算法的剪切型子结构振动台试验稳定性

提出了使用无条件稳定显式Chen-Ricles(CR)积分新型算法的剪切型子结构振动台试验方法,包括子结构划分以及试验流程图.通过推导子结构的运动方程进行子结构方法的数值验证,考虑了两种不同量级试验子结构频率的情况.结果表明:当试验子结构频率较小时,子结构方法可以保证稳定性和准确性,反之则不能.最后利用离散控制理论推导出子结构方法方框图的离散闭环传递函数,通过求解传递函数的极点位置判断离散系统的稳定性,进一步论证了数值模拟发现的结果.     

新型椭圆形开口金属阻尼器的工程应用分析

本文利用有限元软件ABAQUS对设置和未设置新型椭圆形开口金属阻尼器的五层钢框架结构进行了罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,研究该新型椭圆形开口金属阻尼器对多层框架结构的减震控制效果.分析结果表明,设置了椭圆形开口金属阻尼器的结构在地震作用下的反应明显小于未设置阻尼器的结构,且结构主体可以基本保持在弹性范围内工作,说明该新型椭圆形开口金属阻尼器的减震性能良好.     

颗粒阻尼器减震控制的数值模拟

基于离散单元法,建立了颗粒阻尼器对多自由度结构进行减震控制的数值模拟方法,并介绍了系统参数的取值方法.该方法采用合理的计算时步和高效的接触检测算法,能较好地模拟颗粒间以及颗粒与容器壁之间的相互作用.开展了附加颗粒阻尼器的多层框架的振动台试验,通过试验结果与数值模拟结果的对比发现两者吻合良好,说明该数值方法可以较好地模拟颗粒阻尼器的减震控制效果.     

摩擦软钢节点阻尼器抗震及抗倒塌性能

依据传统钢梁柱节点提出了新型摩擦软钢双重耗能节点阻尼器,该阻尼器能够将中屈服点软钢屈服耗能和钢板摩擦耗能相结合进而提高节点的抗震及抗倒塌性能.为提高计算效率采用多尺度建模方法进行有限元建模,节点核心区采用精细化建模方式,非节点核心区梁柱部分采用非线性梁单元,针对梁柱钢节点及其平面框架结构进行抗震性能分析.结果表明:在梁柱节点增设节点阻尼器可有效提高梁柱节点的承载力和耗能能力,并吸收外部输入能量,降低结构构件的破坏水平.同时,基于抽柱法将该新型节点应用于平面钢框架结构的静力Pushdown分析和非线性动力时程分析,分析结果表明:在增设该阻尼器后,可以有效降低构件失效点位移,进而提高结构的抗倒塌性能.