框架结构鞭梢效应的分析与讨论

以多层框架结构为研究对象，详细分析了框架结构产生鞭梢效应的原因。当建筑物顶端附属结构的基本频率与结构的前某阶固有频率相同且与激振力频率相等时容易发生鞭梢效应。为避免“鞭梢效应”现象，运用矩阵位移法对结构的振动进行研究，可通过适当调整结构的刚度或质量分布。增大突出物的基本频率与整体结构前某阶频率的差值，从而减弱鞭梢效应，而不能单纯的增强顶端突出物刚度或质量。     

结构的鞭梢效应分析

系统地探讨了结构产生鞭梢效应的原因,发现当突出物的基本频率与整体结构的固有频率相同或近似,并与地面扰频相接近时,最易发生鞭梢效应,通过适当调整结构的刚度或质量分布使突出物的频率与整体结构的频率的差值增大,可减少鞭梢效应的影响,从而为结构设计提供更可靠的依据。     

基于刚度比的基础隔震结构减震系数

水平向减震系数是隔震设计的重要指标. 将上部结构与隔震层刚度之比作为基本变量,通过双自由度等效模型对减震系数的影响因素进行了理论研究. 通过振型分析计算了上部结构的等效转换系数,推导了刚度比形式的内力和减震系数表达式,分析了减震系数的影响因素,计算了隔震结构满足减震系数要求所需的刚度比限值. 发现减震系数曲线存在不变量即基准曲线,提出基准点概念. 结果表明,刚度比和隔震层阻尼比是减震系数的决定因素,减震系数随刚度比或隔震层阻尼比增大而减小;当刚度比大于4.5或8时,减震系数分别低于0.5或0.4;与5个工程实例对比,减震系数表达式准确性较好. 成果整理成表格可供查阅.     

基于质量均匀分布的新型MTMD设计模型

提出了刚度和阻尼保持常量但质量均匀分布的新型MTMD设计模型以控制基底加速度激励下结构的振动，结构用某一受控振型的降阶模型表示.利用数值优化技术，研究了MTMD的最优参数，讨论了它对MTMD有效性和鲁棒性的影响.MTMD参数包括：质量间隔、频率间隔、平均阻尼比、调谐频率比、总质量比和总数.MTMD的优化准则定义为结构最大动力放大系数的最小值的最小化.为进行比较，还考虑了刚度和阻尼保持常量但频率均匀分布的MTMD设计模型.数值分析表明，新型MTMD设计模型不存在近0最优平均阻尼比，而且这种新型MTMD设计模型和频率均匀分布的MTMD设计模型达到近似同样的有效性和鲁棒性.     

隔振吸振作用与结构鞭梢效应分析

隔振体系仅在频率比β槡2才是有效的,而且在这个范围内阻尼起不利作用.吸振减震是通过附加子结构使主体结构的能量向子结构转移的减震方式.当建筑物有局部突出屋面的小建筑时,动力作用下会引起突变截面上方竖向结构发生很大内力,产生鞭梢效应.     

较硬分层土-桩基-结构相互作用体系振动台试验

进行了较硬分层土-桩基-框架结构相互作用体系的振动台试验，再现了上部结构和基础的震害现象．得出的主要规律有：体系频率小于不考虑相互作用的结构频率，而阻尼比则大于结构材料阻尼比；体系的振型曲线与刚性地基上结构的振型曲线不同，基础处存在平动和转动．土层传递振动的作用与土层性质、激励大小等因素有关．砂土层一般起放大作用，粘质粉土层一般起减震作用．结构顶层加速度反应组成取决于基础转动刚度、平动刚度和上部结构刚度的相对大小．多向激励下的动力反应规律没有明显差别．     

底部框架砌体层间隔震结构隔震参数优化分析

为了提高底部框架砌体结构的抗震性能,在上部砌体结构底部设置了隔震装置,形成底部框架砌体层间隔震结构。给出了该结构的振动方程,根据随机振动理论,采用非线性数学规划法研究了该结构下部框架顶层和上部砌体的位移响应方差,探究了隔震装置阻尼比及上下部结构频率比和质量比对位移响应方差的影响规律,表明该结构隔震层阻尼比宜大于0.2,上下结构频率比宜不超过0.8,上下结构质量比不宜小于0.5。     

基于Rayleigh阻尼模型的层间 隔震结构上下部选择

建立了层间隔震结构的多质点系简化模型及结构动力方程,采用Newmark时程分析法,利用MTALAB对层间隔震结构上下部结构采用Rayleigh阻尼模型时的不同参数取值方法进行研究.结果表明:采用不同振型阻尼比时,层间变形差异较小,但加速度响应特别是下部结构的加速度响应差异较大,取振型阻尼比ξ数值为1%时计算偏于安全;采用不同振型频率时,第2阶和第3阶2种情况的层间变形和加速度响应差别较小,取第3阶的情况下地震响应要大于取第2阶的情况,在实际工程中按第3阶取值时计算偏于安全;采用刚度相关型和Rayleigh型2种情况的层间变形和加速度响应差别较小,采用质量相关型加速度地震响应较大,在实际工程中采用质量相关型计算时偏于安全.     

坐姿状态下人-结构相互作用体系水平振动特性

针对人-结构系统水平振动问题,建立质量轻基频低的试验平台,研究人端坐于试验平台时该人-结构相互作用体系的水平振动特性.试验结果表明:自然端坐状态下,人体的不同朝向对结构的动力特性的影响不同.当人朝x向端坐时,结构多出一个振型频率,而基频恰好分布于两振型中间;而当人朝y向端坐时,结构仅有共振频率高于原结构基频.在研究中,人通常比较成质量块放在结构装置上,而事实上质量块对结构的振型阻尼比影响很小,人体能显著增大结构振型阻尼比.因此,不能将水平向自然端坐的人仅仅看作质量块,而应当成质量-弹簧-阻尼完整的体系.     

混凝土人字形密肋网壳与下部结构共同工作动力特性分析

对混凝土人字形密肋折板网壳与下部结构共同工作的动力特性,采用有限元方法计算24个算例,对比点支承网壳和屋盖与下部结构共同工作的自振频率与振型,有限元参数分析考虑屋盖矢跨比、肋刚度、脊线刚度和顶层抗侧刚度的影响。计算结果表明:屋盖点支承和与下部结构共同工作的自振频率分布均较为密集,点支承屋盖的振型主要为竖向振动,共同工作时,第1、2阶振型为平动振型,第3阶为扭动振型,高阶平动振型中伴随屋盖的竖向振动,屋盖不宜简化为理想点支承作抗震设计;屋盖矢跨比对整体结构前三阶频率的影响较小;提高顶层抗侧刚度有利于增大结构整体刚度;增大屋盖肋刚度时,结构整体刚度仍主要受下部结构刚度控制,屋盖肋截面在满足承载力需求前提下可按较小的高跨比确定;屋脊类似于屋盖拱向肋的系杆,不会影响结构整体刚度。     

大型风力机叶片阻尼层厚度分析与抑颤研究

为增强大型风力机叶片抑颤效果,从增加叶片的结构阻尼角度出发,以8 MW风力机叶片为研究对象,通过铺层设计和阻尼层位置设计为建立阻尼叶片有限元模型提供基础.分别以SHELL181单元和SOLID185单元模拟叶片上下蒙皮和阻尼层,对无阻尼叶片和阻尼叶片两种模型进行模态分析,探究阻尼层厚度变化对原叶片整体质量、固有频率及结构损耗因子的影响.确定8 MW风力机阻尼叶片阻尼层最佳敷设厚度,最后在最佳阻尼层厚度基础上对比分析两种叶片抑颤效果.结合结构损耗因子发现阻尼层厚度并非越大越好,经敷设最佳阻尼层厚度,原叶片可在质量增加极少的情况下提高抑颤能力.     

胶合木-混凝土混合结构动力特性研究

现代木结构的动力特性还有待进一步研究。根据一次地震模拟振动台试验,采集了三层缩尺胶合木-混凝土竖向混合结构地震响应的原始振动数据。经过分析和处理后,使用传递函数法得到了结构的前三阶动力特性。结果表明,结构阻尼比在2%~10%之间,且随结构损伤积累增加而增大,结构频率随刚度退化而下降。刚度比较大的混合结构振动主要表现为一阶振型,且上下层连接良好,协同工作能力较强。     

人与轻柔结构水平相互作用试验研究

针对人-结构系统水平振动问题,建立了人-结构水平振动试验平台;在结构轻质低基频情况下,研究了人-结构系统水平振动特性。试验表明:当人自然站在结构上时,前后向人体使结构的基频降低,但与重量相当的质量块-结构系统相比,降低幅度相对较小;左右向人体既可以使结构基频降低,也可以使结构基频升高;前后向人体对结构基频的影响量大于左右向人体对结构基频的影响量;质量块对结构的振型阻尼比影响很小,人体能显著增大结构振型阻尼比;但前后向人体贡献的阻尼比左右向人体贡献的阻尼大。在水平向,自然站立的人不能当做质量块。     

短型浮置板轨道减振系统振动响应分析

利用自行编制的有限元程序Vehicle Structure Dynamic Analysis Program（VSDAP）,从振动响应入手,同时结合短型浮置板的传递特性,研究短型浮置板轨道结构板下结构物理参数对于整个系统,包括车辆结构、轨道结构以及基础结构振动响应的影响.研究结果表明：当质量比例系数ξm、阻尼比例系数ξc和刚度比例系数ξk三者有2个取定的情况下,另外一个值可以通过分析给定一个建议区间;随着ξk增大,共振时传递率最大值降低,但截止频率升高;车体振动加速度最大值下降,浮置板自身振动幅度下降,但桥梁振动加剧;随着ξc的增大,共振时其传递率最大值下降速度由快至缓,当ξc达到某一值时,对隔振效果的影响已不是很明显.     

高速立式加工中心主轴箱豆包阻尼减振试验研究

由于豆包阻尼的结构具有柔性约束特征,难以直接进行理论方面的研究,所以文章采用试验的技术对主轴箱的豆包阻尼减振效果进行了研究。豆包材料的配比不同,阻尼减振的效果不同,所以本文设计了两种方案,通过试验得出了减振前后各方向的动刚度谱。通过分析得出了随着豆包材料的增加,低阶频率的刚度值变小,高阶频率的刚度增大。为豆包阻尼在主轴箱的减振应用提出了依据。     

线性随机系统振动模态参数变异规律的研究

采用MonteCarlo随机有限元方法,对多自由度线性振动系统中由于结构参数的随机变异而引起的模态参数(模态频率、模态振型和模态阻尼比)变异的规律进行了研究.文中首次提出了相对均差系数的概念,应用相对均差系数和变异系数这两个无量纲量,从不同角度定量分析随机系统模态参数的变异性.数值试验结果表明,对于小阻尼比例模型,随着结构参数变异性的增大,系统模态频率均值单调变化,较低阶模态频率均值单调减小,高阶模态频率均值单调增加;模态阻尼比均值单调增加;第一阶模态振型相对均值系统的变化很小.一般地,结构参数的随机变异对模态振型均值的影响大于对模态频率、模态阻尼比均值的影响.     

蜂窝形钢空腹夹层板楼盖振动舒适度分析

为了研究新型蜂窝形钢空腹夹层板楼盖的竖向振动舒适度,以自振频率和加速度为双控指标,采用子空间迭代法计算结构基频和各阶振型;然后,采用行走路线法对结构进行时程分析,计算结构在人行荷载作用下的加速度响应.考虑跨高比,上覆混凝土板厚度和上、下肋刚度对结构基频和加速度响应的影响,对结构进行参数化分析.结果表明:蜂窝形钢空腹夹层板基频随着跨高比、上覆混凝土板厚度的增大而减小,随着上、下肋刚度的增大而增大;峰值加速度随着跨高比的增大而增大,随着上覆混凝土板厚度及上、下肋刚度的增大而减小.     

非比例结构阻尼系统的振动控制

提出了一种非比例结构阻尼系统的振动控制方法.把模态阻尼矩阵分为对角阻尼矩阵和对角元素为零的非对角阻尼矩阵,将非对角阻尼矩阵视为小量,用摄动方法求解这个受控系统,可得到非比例阻尼系统的近似解析解,实现对非比例阻尼系统的振动控制.数值模拟说明此方法有较高的精度,可在土木工程高层结构的振动分析中应用.     

无限长输液管弯曲波的传播特性

从结构振动波的角度探讨了无限长输液管中结构振动特性，结果表明，在无阻尼条件下，弯曲波可分成两组，一组为沿正、反方向的传播波，另一组为沿正、反方向的衰减波．在有阻尼条件下，弯曲传播波变为沿正、反方向的远场波，同时衰减波成为正、反方向的近场波．研究了它们随阻尼、流速和频率参数的变化规律     

调频质量阻尼器参数设计优化算法

在结构振动控制中,为了最大限度地发挥调质量阻尼器耗用,需寻找ＴＭＤ的最优参数,即最优频率比和最优阻尼比,以使得结构在不同频率激励作用下的最大动力放大系数最小,为此研究了利用复形调优法进行了ＴＭＤ参数设计的优化计算问题, 一种能够快速准确地确定了ＴＭＤ最优新方法。算例证明该方法具有相当高的精度,既可用于无阻尼体系ＴＭＤ控制的最优参数计算,又可用于有阻尼体系ＴＭＤ控制的最优参数计算。