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。     

近场脉冲型地震下层间隔震结构的隔震层限位减震分析

层间隔震结构在近场脉冲型强震作用下,隔震层易发生过大变形,导致隔震层上部结构倾覆失稳.提出隔震层限位保护系统,进行软碰撞限位.采用Kelvin碰撞模型建立限位保护系统的力学模型与带限位层间隔震的力学模型,推导带限位层间隔震的动力方程.对比分析有、无限位保护系统的层间隔震结构的动力响应,分析限位弹簧的不同预留距离、不同限位刚度对隔震层最大变形和层间弹塑性位移的影响.探讨带限位的层间隔震结构在超越预估强烈地震时的碰撞反应.结果表明:隔震层限位保护系统不影响层间隔震结构在多遇地震下的减震效果,且能有效限制隔震层在强烈地震下的最大变形,避免隔震支座破坏而导致上部结构倾覆失稳;限位弹簧的不同预留距离、不同限位刚度对隔震层最大变形与隔震结构层间弹塑性位移产生很大影响;在超越预估的强烈地震作用下,限位保护系统亦能限制了隔震层最大变形,使隔震结构破坏模式由隔震层瞬间破坏转变为隔震结构塑性破坏.     

围护墙多功能减震结构的地震反应频响分析

围护墙多功能减震结构是一种新型减震结构,具有调频质量减震和阻尼耗能减震等多种耗能减震功能。为了研究此减震结构在地震作用下的响应特性,本文建立了减震结构在地震作用下的动力方程,推导了减震结构地震响应的传递函数、频谱密度,得到主要影响参数对该结构减震效果的影响,并采用模拟地震振动台进行普通框架结构和此结构的对比验证,通过加速度(位移)功率谱密度和加速度(位移)频响幅值反映出各设置工况下的减震规律。结果显示,与普通框架结构相比,该结构的功率谱密度和频响幅值均有不同程度的减小,减震幅度最大可达39.97%,表明该结构体系在地震波作用下具有很好的减震效果,并在参数设置合理的情况下,减震效果更佳。     

地震作用下高压输电塔-线体系纵向减震控制分析

目的研究地震作用下高压输电塔-线耦合体系纵向减震控制.方法运用有限元分析软件ABAQUS建立高压输电塔-线耦合体系的精细化模型.利用非线性时程方法分析地震作用下碰撞摆(Pounding Tuned Mass Damper)对输电塔-线体系的减震控制,并与悬挂质量摆(Suspension Mass Pendulum)的减震效果进行对比分析.结果以Kobe地震作用为例,悬挂质量摆控制下输电塔-线体系塔顶位移、加速度和主材轴力峰值减振率分别为29%、23%和26%,碰撞摆控制下的峰值减振率分别为41%、29%和38%,可以看出,碰撞摆的减振效果明显优于悬挂质量摆.结论悬挂质量摆能够有效地抑制结构的不良振动,而碰撞摆的震动控制能力明显强于悬挂质量摆.     

围护墙多功能减震结构的减震性能

围护墙多功能减震结构是一种新型减震结构,具有调频质量减震和阻尼耗能减震等多种减震功能。本文阐述了该种减震结构的布置方案和工作原理,建立了结构动力模型并给出减振结构运动方程;通过九层抗震框架与多功能减震结构模型,运用有限元分析软件SAP2000进行了结构地震反应线性时程分析,抗震结构和减震结构动力响应的比较结果表明减震结构方案具有明显减震效果。     

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。     

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。     

内嵌自主移动钢球欧拉梁自适应碰撞减振研究

结合内嵌自主移动质量子系统梁/板实验平台的实验结果,对共振激励下的内嵌自主移动钢球欧拉梁自适应碰撞减振系统进行了研究.采用弹簧、阻尼表现碰撞过程中的弹性恢复与能量耗散,将碰撞机制转化为线性弹簧-阻尼模型,并基于赫兹接触理论对相关参数进行了估算.通过分析建立了碰撞的开始与结束条件,以及系统的分段线性动力学控制方程,数值计算结果充分表明了内嵌自主移动钢球自适应碰撞减振的内在机理与有效性.在钢球随机碰撞作用下,梁的振动响应为概周期振动,一阶共振激励下单个钢球的碰撞减振效果为7.5%,二阶共振激励下为6.1%.通过与假定钢球在其他位置实施碰撞减振的效果进行比较,证明了内嵌钢球的自适应碰撞减振特性.     

设有新型耗能支撑的双层球面网壳减震分析

为改进现有摩擦阻尼器的减震性能,将大尺寸形状记忆合金弹簧(Shape Memory Alloy spring,SMA spring)和摩擦装置复合使用,提出了一种形状记忆合金弹簧—摩擦复合阻尼器(SMA spring-Friction Hybrid Damper,SFHD)。基于SMA螺旋弹簧和摩擦装置的力学模型,建立了SFHD的恢复力模型。进而,将上述新型阻尼器用作双层球面网壳结构的耗能支撑,采用ABAQUS软件建立了整体结构的有限元模型,对该结构进行了多维地震作用下的非线性时程计算,对比分析了受控结构与无控结构的动力响应特征。研究结果表明:强震作用下受控结构中的新型减震支撑耗能作用显著,可有效降低结构的地震响应。     

基于分布参数模型的相邻结构阻尼器减震参数分析

采用剪切梁模拟两相邻结构、弹簧单元和阻尼单元并联模型模拟粘弹性阻尼器力学性能,基于复模态理论,求解阻尼器连接的相邻结构的动力特性指标.并采用Clough-Penzien白噪声模型作为地震激励,求解减震结构的地震响应,分析阻尼器刚度、阻尼以及结构基频之比等参数对减震效果的影响.结果表明,相邻结构间设置阻尼器为结构体系提供了附加阻尼比,减小了结构地震反应.基于结构总振动能量最小获得阻尼器最优刚度及阻尼,为相邻结构减震的初步参数设计提供了理论上的依据.     

软钢阻尼器加固震损再生混凝土框架振动台试验

对震损8层再生混凝土框架模型采用环氧树脂注胶并增设软钢耗能装置,通过振动台试验研究了震损框架加固后的地震响应以及软钢阻尼器的减震效果.基于试验结果对试验模型的震损特征、动力特性、加速度及位移响应进行分析,探讨了软钢阻尼器对主体框架的刚度及耗能贡献.试验结果表明:在强震激励下软钢阻尼器的滞回耗能效应能减小层间刚度退化,同时加速度响应能得到有效控制.软钢阻尼器沿楼层的屈服次序从中部楼层开始,逐渐向上部及底部楼层发展,中部楼层的软钢阻尼器变形增长较快,耗能较大.     

球形储罐结构地震反应控制研究

为了降低球罐结构的地震响应,对球形储罐进行基础隔震及附加耗能减震控制,建立了无控、隔震、耗能减震条件下球形储罐的有限元模型,并通过模态分析给出自振周期和频率。选择3种不同的地震波输入,进行了基础隔震结构及耗能减震结构地震响应时程分析。结果表明：基础隔震拉长了结构周期,达到了减震的目的,加速度反应降幅在41.4%～76.4%,相对位移反应降幅在50.3%～77.2%;附加的耗能装置的变形耗散了地震动能量,从而减小了结构自身的动力响应,加速度反应降幅在25.2%～77.9%,相对位移反应降幅在71.8%～76.7%;总体看球罐基础隔震结构优于附加耗能结构的减震效果。     

新型网壳减震体系模拟地震振动台实验

对设置了屈曲约束支撑的新型网壳减震体系的抗震性能进行了分析,并用网壳结构缩尺模型模拟地震振动台实验。通过实验,分析新型网壳减震体系在不同水准地震作用下的动力特性、减震耗能性能及破坏机理。实验和数值分析结果表明地震作用下设置了屈曲约束支撑的K型球面网壳地震响应有所减小,屈曲约束支撑起到一定减震耗能作用。     

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。     

筒仓耗能减震结构体系振动台试验研究

根据相似理论设计制作了1：25的有机玻璃筒仓模型，在三向六自由度振动台上先后对模型半仓贮料和满仓贮料进行了有、无耗能减震装置的模拟地震振动台对比试验，并对试验结果进行了分析研究．结果表明：耗能减震装置具有良好的减震效果，筒仓结构在加装耗能减震装置后，在共振时的仓顶动力放大系数有明显的降低，平均降低幅度达20%以上；贮料的减震作用随着激励的增强而提高，筒仓结构表现出明显的质量非线性和阻尼非线性．     

采用摩擦摆支座的超大跨连续梁桥隔震效果

为了研究超大跨连续梁桥采用摩擦摆支座的隔震效果,以某主跨为240 m的七跨钢-混凝土连续梁桥为工程背景,建立桩土相互作用动力分析模型,采用非线性连接单元模拟盆式滑动支座及摩擦摆支座的非线性受力性能.非线性地震响应分析结果表明:采用传统抗震体系时,超大跨连续梁桥的固定墩及其桩基础的内力需求非常大;采用摩擦摆支座的隔震体系可以减少固定墩及其桩基础内力约40%,并显著改善其他桥墩的地震力分配.摩擦摆支座对超大跨连续梁桥的减震机理主要体现为:延长结构自振周期、减小固定墩有效振动质量、改变地震力传递途径、增强附属装置耗能,从而显著地改善了超大跨连续梁桥的地震响应.     

屈曲约束支撑布置方式对钢框架抗震性能的影响

钢框架结构中,不同的屈曲约束支撑布置方式对结构的耗能减震性能有较大影响.采用有限元软件SAP2000,对5跨8层钢框架结构模型进行弹塑性动力分析,对比不同的屈曲约束支撑布置方案下的结构动力特性与动力响应.结果表明,支撑布置在中间跨要优于边跨;支撑沿长度方向上通长布置,能够充分利用屈曲约束支撑在罕遇地震作用下的耗能减震性能.     

悬吊质量结构减震性能的研究

论述了在高层建筑结构中利用悬吊质量摆减震的原理并对其减震性能进行了研究.通过对具有不同悬吊质量摆的高层建筑结构的自振特性及反应谱法地震反应分析,得出在高层建筑结构顶部几层设置几个质量摆且质量摆的频率和结构的基频相近时减震效果最好.用反应谱法对悬吊结构进行地震反应分析时,所考虑的振型数应为结构的第一振型和相应于结构振动的前几个振型.     

大口径舰炮摆弹机构的动态设计

根据某舰炮摆弹机构的摆弹时间与结构强度的设计要求,对摆弹机构进行了动态设计。利用摆弹机构的刚体动力学方程,获得了机构的初始设计参数;利用有限元法,得到了摆臂的Craig-Bampton模态,建立了将摆臂作柔体处理的机构动力学方程,获得了摆臂的动态应力时间历程以及在停止位置的弹药振动响应;通过对不同弹簧刚度、不同弹簧预压力、不同摆臂厚度情况下计算结果的比较分析,得到了一组满足设计要求的较佳设计参数。所采用的机构动态设计方法可提高机构设计的可靠性和准确性,为工程设计提供了依据。     

粘滞流体阻尼器对框架-剪力墙结构的减震效果分析

依据耗能减震体系的工作原理和油动式粘滞流体阻尼器的主要性能,结合实例从结构动力响应和技术经济可行性两方面进一步考察了耗能减震器的减震效果.