减震耗能系统等效线性化方法研究

利用非线性时程分析法研究了震工程学中常用的三种等效线性化方法对非线性减震耗能系统的实用性。对等效线性处理过的模型,采用模型分解反应谱法计算,与非线性时程分析结果相比,虽存在结构层间最大剪力Ｖｍａｘ较符而耗能元件最大变形Ｘｍａｘ较差,或Ｖｍａｘ较差而Ｘｍａｘ却较符的问题,但从Ｖｍａｘ和Ｘｍａｘ两方面看,均存在一定的可比性。分析认为,对非线性减震耗能系统等效线性化处理后,再采用振型分解反应谱方法计算,     

单自由度复阻尼耗能减震结构的等效系统研究

为了克服复阻尼耗能减震结构运动方程在时域求解时不能保证计算结果稳定收敛的缺陷,研究了此类结构的新型等效系统。首先,依据耗能减震结构的振动响应特性可通过其自振特性确定的性质,重构复阻尼耗能减震结构的基本分析方程,然后根据结构阻尼损耗因子为小量的特性,利用多尺度方法获得了单自由度复阻尼耗能减震结构的等效频率和等效阻尼比。经过对比分析表明,对于工程中常见的单自由度复阻尼耗能减震结构,即结构阻尼损耗因子小于0.4的情况下,该等效系统的误差可控制在2%以内,精度明显优于经典模态应变能法。算例表明该等效系统在地震激励作用下的动力响应计算结果稳定收敛。     

考虑SSI效应的黏弹性阻尼器减震框架结构体系的简化分析

首先在频域中建立了考虑SSI效应的黏弹性阻尼器减震结构的动力平衡方程,通过模态应变能法计算出上部结构的振型频率与振型阻尼比,忽略阻尼器对结构振型的影响,并基于上部结构振型正交性假设对控制方程进行解耦,将原SSI减震结构体系等效为固定基础上的串联质点系模型,采用经典的振型分解法求解结构体系的地震反应。通过数值算例验证了简化方法的可靠性并研究了黏弹性阻尼器性能受SSI效应的影响。结果表明:当结构自由度较多时,采用本文简化方法在保证计算精度的同时可以很大程度地提高计算效率;当考虑SSI效应后,黏弹性阻尼器对结构的控制效果与固定基础相比有所不同。本文提出的简化分析方法可快速地分析建立在软土地基上的黏弹性消能减震结构地震反应。     

单自由度Maxwell阻尼器减震结构的等效阻尼解析分析

为了提高单自由度Maxwell阻尼器减震结构的等效阻尼和频率的解析分析法的精度,首先基于一般线性粘弹性耗能结构动力响应特性完全由其自振特性确定的性质,以及实际工程中应用的Maxwell流体阻尼器和支撑—粘滞阻尼器复合系统均具有松弛时间较小的特性,重构了结构基本分析方程,然后基于自由振动特性完全相同的等效准则,采用多尺度方法获得了减震结构的一阶等效阻尼和频率的近似解析式,使减震结构可直接应用反应谱法进行抗震设计;并将上述分析法推广到单自由度广义Maxwell阻尼器减震结构。对比分析结果表明,文中方法优于经典的模态应变能法,对于工程常规的单自由度Maxwell阻尼器减震结构,在我国抗震规范要求的参数范围内,其计算误差可控制在3%以内。     

结构振动控制的两种模态分析法

介绍了结构振动控制的两种模态分析方法。模态降阶控制法在控制结构的关键振型的同时考虑了非关键振型的影响;控制力解耦法将控制力按结构振型进行分解并假定关反馈增益是可以解耦的,以上两种方法简化了结构振动最优控制的计算。数例计算表明：这两种方法的计算精度是可接受的。     

高层建筑加强层粘滞阻尼系统的优化分析

提出了一种设加强层的框架-核心筒结构耗能减振系统,利用加强层与外围框架柱二者之间相对大的位移差,布设竖向粘滞阻尼器.基于结构简化计算简图,分别得到了采用假定振型法和有限单元法的数学模型.基于模态阻尼比,参数分析确定了阻尼器的最优阻尼系数.以一个安装了加强层阻尼系统的高层建筑为例,仿真分析了其在地震激励下的动力响应.研究表明,加强层阻尼系统可以大幅提高结构的模态阻尼比,有效减小结构的动力响应.     

非线性流滞阻尼器耗能结构随机风振响应和等效风荷载取值

针对非线性流滞阻尼器耗能结构在Davenport谱风振激励下的随机响应及等效风荷载取值进行了系统研究.首先建立了结构的非线性运动方程;经过等效线性化后,采用复模态理论解耦,进而用随机振动方法获得结构风振响应解析式和等效风荷载取值的计算公式,从而建立了结构非线性随机风振响应的分析方法.     

Maxwell阻尼耗能隔震结构平稳响应分析

为分析设置Maxwell耗能阻尼器的隔震结构的减震效果,对Maxwell阻尼耗能隔震结构平稳响应分析问题进行了系统研究。首先建立Maxwell阻尼耗能隔震结构运动方程;然后将上部结构按第一振型展开,再将结构运动方程转化为一阶状态方程组,用复模态法获得了结构在平稳白噪声地震激励作用下,隔震层相对于地面位移、速度响应方差和上部结构相对于隔震层位移、速度响应方差以及阻尼器响应方差精确解析解,并通过一算例验证了设置Maxwell耗能阻尼器的隔震结构的减震效果更好。     

用模态叠加法计算车辆结构的动力响应

将模态叠加法应用于车辆结构的动力响应分析,用有限元方法对车辆结构进行模型简化,采用模态分析法计算出结构的模态振型,然后用模态叠加法对其进行动力分析,计算结构的位移响应.     

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。     

新型抗震耗能剪力墙地震耗能计算及优化分析

用两种方法推导了耗能剪力墙的地震耗能计算公式,结合时程分析对一耗能剪力墙结构模型进行了地震耗能计算．基于最大反应的首次超越和塑性累积损伤的双重破坏准则进行耗能装置设计参数的优化分析,提供了一个优化算例．计算结果表明：要使耗能墙的抗震控制效果达到最佳,耗能装置的刚度和强度应适中．     

摩擦耗能支撑参数优化

提出摩擦耗能支撑参数优化的一种新数学模型．它的特点是在相同的层间位移角限值下，所求得的框架各层耗能支撑刚度之和最小，从而实现安装较少的耗能装置而能达到相同的抗震要求．文中利用遗传算法求解该优化问题，编制基于遗传算法的摩擦耗能框架结构弹塑性动力优化分析程序GAOFF．算例表明，该方法有效。     

粘滞耗能支撑框架弹塑性地震时程分析

利用粘滞阻尼器对工程结构进行减震是耗能减震方法中最有效的新型抗震技术之一。结构设计中通常是粘滞阻尼器与钢支撑串联形成粘滞耗能支撑，并将其附设于结构层框架柱之间。粘滞耗能支撑具有显著的耗能特性，可有效地减小建筑物的地震反应。本文结合一采用钢支撑进行抗震加固改造的工程实例，通过粘滞耗能支撑设计对原结构进行耗能减震研究，并进行了粘滞耗能支撑结构的弹塑性地震反应动力时程分析。     

响应面优化算法在被动式低能耗建筑设计中的应用

被动式低能耗建筑设计过程计算量大,涉及变量多,不同变量间关系错综复杂,传统方法无法获取复杂变量的最优解集,不能保证被动式低能耗建筑设计不同目标函数达到最优。为此,将响应面优化算法应用于被动式低能耗建筑设计中。将最大化舒适度、最小化耗能率作为被动式低能耗建筑设计的目标函数。通过拉丁超立方实验设计方法,获取被动式低能耗建筑设计优化问题的设计空间;在设计空间中随机抽样。在此基础上,通过最小二乘法拟合建立响应面模型。利用遗传方法对拟合响应面模型进行改进和更新处理,直至达到收敛,保证被动式低能耗建筑设计达到低能耗率、高舒适性的目的。实验结果表明,响应面拟合准确性高,将响应面优化算法应用于被动式低能耗建筑设计中,发现其能够有效降低能耗,提高舒适性,和其他方法相比有更好的优化结果。     

基于能量准则的SDOF阻尼减震结构最大地震位移

粘滞阻尼耗能能减小结构地震反应。根据振动等能量准则 ,由地震动力能量方程推导了单自由度 (SDOF)弹性体系的地震最大位移反应与阻尼比的关系。与地震动力时程数值分析方法计算得到的结果对比表明 :该文理论结果较好地反映了 SDOF结构的最大地震位移反应。在地震动特征周期处产生类共振时阻尼减震效果更为显著。利用振动等能量准则方法可较为简便地确定阻尼减震结构体系的最大位移反应和进行减震设计。     

新型耗能增强型形状记忆合金阻尼器减震性能研究

首先通过形状记忆合金的材性试验研究了其超弹性变形性能,并将其等效拟合为多线性模型,得到其计算参数.然后,提出了一种新型耗能增强型SMA阻尼器,说明了其构造,阐述了其工作原理和设计要点,推导了阻尼器的恢复力模型.最后通过有限元程序对设置该阻尼器的多层钢框架、对角设置SMA拉索的多层钢框架、普通钢框架进行了地震时程分析,对比研究了该阻尼器的消能减震能力.结果表明该阻尼器的滞回环非常饱满,耗能能力强,大震下对结构的位移和层间位移角控制效果显著.     

基于模态应变能的不同损伤指标对比

为解决工程结构的多损伤识别问题,对基于模态应变能的不同损伤指标方法进行了对比分析和研究。首先,描述了3种损伤指标,即模态应变能变化指标( MSECI)、模态应变能耗散率指标( MSECRI)和模态应变能基指标( MSEBI);然后借鉴模态应变能耗散率指标的建立原理,通过对刚度矩阵的修正,建立相应的能量等效方程,并提取了一种模态应变能等效指标( MSEEI );最后对4种应变能损伤指标进行了对比研究,并考虑了测量噪声的影响。数值仿真结果表明,模态应变能基指标可以较好地识别结构的损伤位置,模态应变能等效指标则不仅可以有效地识别结构的损伤位置,而且可以较为精确地识别结构的损伤程度。     

双重耗能智能框架摇摆墙结构地震响应对比分析

针对框架剪力墙结构在强震作用下存在连接处楼板或连梁破坏以及剪力墙底部出现塑性铰的问题,在课题组开发的智能框架剪力墙双重结构体系中,将剪力墙设置为底部连接金属阻尼器的摇摆剪力墙,形成一种新型双重耗能单元控制的智能框架摇摆墙结构体系.以6层混凝土框架剪力墙结构为原型,应用ABAQUS有限元分析软件,建立传统框架剪力墙结构、智能框架剪力墙双重结构、摇摆墙与框架间连接BRB结构和摇摆墙底部连接金属阻尼器的双重耗能智能框架摇摆墙4种结构对比模型,进行非线性动力时程分析,考察各结构的动力响应.结果表明:新型双重耗能单元控制的智能框架摇摆墙结构体系在BRB屈服强度为0.1f_y~1f_y区间时,结构地震响应均比传统结构有所减小,框架结构层间位移也得到有效控制,进一步说明在合理参数取值下双重耗能单元控制的结构地震动响应小于单一耗能单元结构.     

原子尺度下摩擦的失稳和耗散动力学

采用 Frenkel-Kontorova 模型和基于双质量双弹簧模型的等效耦合振子模型求解了探针与基底间几种不同耦合类型的能量耗散动力学问题. 发现了纳米尺度下能量耗散失稳现象, 并通过平均耗散功率和粒子相对于质心的位移分析了正弦势和多阱周期性基底势两种情况下的能量耗散特性. 计算结果与最近采用摩擦力显微镜观察的实验结果进行了比较.     

框架结构消能减震的试验研究

为了改善普通钢筋混凝土框架结构的抗震性能 ,本文根据结构控制的原理提出了一种新型消能减震框架 ,并综合利用不同的消能原理设计了 2种新型消能器 ,进行了 4榀消能减震框架和 3榀普通框架的低周反复荷载试验 ,对比研究了各类框架结构的破坏机理和滞回特性 .试验研究的结果表明该消能减震框架结构具有良好的抗震性能和较广泛的工程应用前景 .