应用SMA-粘滞阻尼器的框架结构减震效果数值模拟分析

利用形状记忆合金(SMA)丝的超弹性滞回耗能能力和形状记忆效应与加载频率无明显关系的特点,设计了一种新型SMA-粘滞阻尼器,用ANSYS软件对一个五层钢筋混凝土框架结构进行分析,并研究在地震作用下结构的时程反应.通过模拟得出,SMA-粘滞阻尼器是一种有效的减震装置,将它应用于钢筋混凝土框架结构体系中,能够有效地的减小结构的位移、加速度的时程反应,使结构的地震响应明显降低.     

新型多维隔减震装置在高烈度区工程中的应用

为提升建筑结构多方向的抗震能力,基于黏弹性材料的高耗能特性提出了一种由筒式阻尼器和隔震支座组成的新型多维隔减震装置,并应用于云南某小学的实际工程.首先通过试验得到筒式阻尼器的耗能特性,然后建立多维隔减震装置的力学模型和受控结构运动微分方程,通过对比计算研究装置的多方向隔减震效果.结果表明:装置中的筒式阻尼器具备较强的耗能能力,且其力学性能会随激励频率和幅值变化而变化;结构中加入新型装置后,水平和竖向的地震响应均得到有效控制;在EI Centro地震波作用下,与橡胶隔震结构相比,多维隔减震结构X方向和Y方向的最大隔震层位移分别降低39.5%和38.9%,X方向和Y方向结构最大层间位移分别降低39.4%和45.5%,Z方向最大位移和加速度响应分别降低12.2%和6.3%,说明新型多维隔减震装置可有效减轻结构多方向地震响应.     

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.     

基于新型SMA-粘滞阻尼器的斜拉桥振动控制研究

基于N iTi形状记忆合金(SMA)丝和成品粘滞阻尼器设计研制了一种新型SMA-粘滞阻尼器,并将其应用于一大跨度斜拉桥的振动控制;建立了SMA粘滞阻尼器—大跨度斜拉桥的动力有限元计算模型,计算结果表明:和普通粘滞阻尼器相比,文章所设计的SMA-粘滞阻尼器的耗能减振效果更为明显,能有效地降低大跨度斜拉桥桥塔和主梁在简谐振动和地震作用下的位移幅值.     

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。     

弹簧摆碰撞减震系统计算模型研究

目的为了减小高柔结构在地震作用下的动力响应,提出了弹簧摆碰撞减震系统,以降低高柔结构在地震作用的动力响应.方法基于拉格朗日方程及HertzDamp碰撞模型推导了弹簧摆碰撞减震系统的运动方程;选取El Centro地震波验证了弹簧摆碰撞减震系统的减震效果;分析了地震强度对减震效果的影响.结果弹簧摆碰撞减震系统减震效果受地震强度影响,地震动烈度越大减震效果越好.在弹簧摆未与限位器发生碰撞时,阻尼器依靠弹簧振动与整体摆动的内共振现象增强吸震效果;在弹簧摆与限位器发生碰撞时,依靠撞击耗能来降低结构动力响应.在中震作用下,弹簧摆碰撞减震系统减震率为13%~19%.结论弹簧摆碰撞减震系统充分利用了弹簧摆的内共振现象及碰撞冲力做功耗能两种减震机理,减震效果良好,适用于超高层结构及高耸结构的振动控制.     

非线性干摩擦阻尼器连接的相邻结构随机振动分析

用耗能装置连接两相邻结构是减小结构地震响应的一种实际而有效的方法。文中将两个用非线性干摩擦阻尼器连接的相邻结构简化为两自由度系统,对结构在地震激励下的运动方程进行等效线性化处理,求得结构在过滤白噪声地震激励下的Lyapunov方程。利用最速下降法迭代求得系统的平稳响应。结果表明：干摩擦阻尼器能有效地降低结构的地震响应,并能在较宽的频率范围内起到很好的减震作用。     

附加新型摩擦阻尼器减震结构的抗震性能分析

提出一种新型摩擦阻尼器,利用理想弹塑性模型模拟阻尼器的恢复力特性.通过对设置该摩擦阻尼器的耗能减震框架在3条地震波作用下进行时程分析,研究摩擦阻尼器起滑荷载对结构减震性能的影响.结果表明:减震结构在小震与大震作用下的位移反应均比未设置减震装置结构大幅减小;在小震作用下,减震结构的楼层剪力与摩擦阻尼器的起滑荷载有关;在大震作用下,减震结构层间位移角随着阻尼器起滑荷载的增加而减小.     

新型耗能增强型SMA阻尼器设计和滞回耗能性能分析

通过形状记忆合金的材性试验研究其超弹性变形性能,并将其等效拟合为多线性模型,得到其计算参数.提出一种新型耗能增强型SMA阻尼器,说明其构造,阐述其工作原理和设计要点,并介绍阻尼器的设计方法,推导阻尼器的恢复力模型.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、普通钢框架进行低周反复分析,对比研究了该阻尼器的消能减震能力.研究结果表明:该阻尼器的滞回环非常饱满,耗能能力强,优于对角设置SMA拉索的耗能效果,因此,该新型耗能增强型SMA阻尼器在消能减震领域具有良好的应用前景.     

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。     

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。     

单自由度状态下SMA-KBF耗能减震能力研究

SMA和隅撑支撑(KBF)分别为近些年发现的有超弹性力学性能的一种金属材料和新型结构框架,并被国内外学者广泛关注,应用在了很多的工程试验中。以此为基础该文的主要研究在地震荷载下,通过实验模拟SMA阻尼器隅撑构件的耗能以达到结构减震的目的。     

设置FVD框架结构的非线性地震反应控制研究

根据粘弹性阻尼器和摩擦阻尼器各自的特点,设计出一种新型粘弹性-摩擦阻尼器(FVD)耗能装置．针对粘弹性材料的分数导数模型和摩擦单元的力-位移-滑移量的矩阵关系式,建立了FVD精确的有限元模型,推导了FVD单元刚度矩阵和控制力向量计算公式和求解方法;根据钢筋混凝土框架结构的非线性特性,建立了设置FVD非线性钢筋混凝土框架结构地震反应时程分析的控制方法．最后,应用本文方法,对设置FVD的非线性钢筋混凝土框架结构进行了在罕遇地震和多遇地震作用下的时程分析,并根据计算结果对其减震效果进行了分析讨论．     

基于形状记忆合金(SMA)阻尼器的结构被动控制

介绍了建筑结构振动控制中被动控制的设计思想和形状记忆合金（Shape Memory Alloy,简称SMA）的超弹性特性及应用情况,将一种新型形状记忆合金（SMA）阻尼器应用到框架结构中。针对所提出的形状记忆合金（SMA）阻尼器,分析其超弹性本构模型,建立了热力学方程,利用ANSYS软件进行框架结构的被动控制模拟分析。将所得的普通框架结构与形状记忆合金（SMA）阻尼器框架结构的顶层位移进行比较,发现形状记忆合金（SMA）阻尼器可以很好地改变框架结构的抗震性能,大大减小了结构的地震反应,为框架结构振动控制设计提供了一种新的方法。     

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。     

一种超弹性SMA复合阻尼器的设计与试验

根据形状记忆合金(SMA)的超弹性特性,设计、制造了一种SMA复合摩擦阻尼器,该阻尼器利用SMA超弹性阻尼与SMA丝的约束作用使阻尼器内部产生摩擦来共同耗散振动能量.介绍了阻尼器的结构构造及工作原理.通过试验研究了加载频率、位移幅值对阻尼器力学性能的影响.试验结果表明,在试验频率范围内,阻尼器的刚度、输出力、耗能等主要力学参数随加载频率的改变而变化较小;位移幅值是影响这些力学参数的主要因素,当阻尼器在小位移的情况下,其刚度变化较小,而输出力和耗能与位移基本成线性关系.但在大位移的情况下,阻尼器的输出力变化较小,而其割线刚度减小,耗能有大幅度的增加.分析表明,该SMA复合阻尼器是一种位移相关性的变刚度阻尼器.     

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。     

凸轮式响应放大摩擦阻尼器基于性态目标的能量设计方法

在前期对凸轮式响应放大摩擦阻尼器(cam type response amplification device with friction damper, CRAD-FD)研究的基础上,对安装该阻尼器的单自由度体系建立了能量方程,推导了简谐荷载作用下CRAD-FD单圈滞回的能量解析解;基于消能减震结构标准能量设计反应谱,提出了CRAD-FD基于性态目标的能量设计方法;以某10层RC框架结构为例,在设防、罕遇、极罕遇地震作用下验证了该方法的可靠性。研究表明：所推导的CRAD-FD的能量解析解正确,所提出的基于性态目标的能量设计方法可靠;消能减震结构通过CRAD串联小吨位摩擦阻尼器的减震与耗能效果可与直接安装大吨位阻尼器的效果相差无几或更优,体现了CRAD的响应放大效应。     

邻体结构摩擦阻尼控制体系地震反应分析

对邻体结构摩擦阻尼控制体系的地震反应进行了仿真计算和参数分析。针对摩擦阻尼器提出了理想弹塑性和Bouc-Wen滞回模型2种分析模型,计算结果证明2种模型吻合良好。选取子结构顶层最大位移和加速度以及体系总耗能和阻尼器耗能比为控制效果指标,分别对单自由度和多自由度邻体结构进行仿真计算和摩擦阻尼器参数分析,结果表明,摩擦阻尼器参数取值对结构减震效果影响显著,通过合理设计,摩擦阻尼器能有效控制各子结构的地震反应,取得显著的减震效果。     

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.