近断层激励下子结构组合隔震的巨-子结构试验

为解决受限于隔震支座的抗拉能力和结构高宽比限值、隔震技术很少应用在超高层建筑的问题,在新型巨-子结构体系的子结构底部设置由铅芯橡胶隔震支座和弹性滑移支座组成的组合隔震层,设计制作了一个有3个巨型结构层的巨-子结构模型,对其进行了近断层地震动及远场地震动作用下的振动台试验,研究了组合隔震层对主结构和子结构振动的减震效果和近场地震对其影响.研究结果表明,子结构底部设置组合隔震层,对主结构来说相当于调谐质量阻尼器,其对主结构的地震响应具有较好的调谐减震作用;对子结构来说相当于基底隔震,其对子结构的地震响应具有显著的隔震效果.由于脉冲效应,近断层地震动作用下主结构和子结构的地震响应都要大于相同场地的远场地震动.     

现代工程减震技术分析

现代减震控制技术是通过在工程结构的特定部位安装某种隔震装置、或消能减震装置、附加子结构、施加外力等措施以改变或调整结构的动力特性，使工程结构在地震作用下的动力反应限制在容许的范围内。本文对现代工程的几种减震技术进行了分析探讨。     

结构—设备互动减震体系的时程分析

根据结构与其内部设备(即结构—设备)在动力作用下相互影响的特点，提出了将建筑物内部的设备作为减震子结构，建筑物作为主结构的互动减震体系。用结构通用分析程序Super SAP95，分析了相对于某实际工程的互动减震体系在四种不同地震波激励下的动力响应，结果表明该体系的减震效果是明显的。     

建筑物与设备互动减震体系的动力响应分析

着重讨论了利用建筑物内部的使用荷载或设备作为子结构的主子结构互动减震体系的动力响应。文中将建筑物内部的使用荷载设备作为子结构，将建筑物作为主结构，讨论了由主子结构形成的互动减震体系地震结构，探讨了互动减震体系系统参数对结构响应的影响。     

桥式连体结构减震优化分析

对桥式连体结构减震体系地震反应进行了理论推导和数值分析。计算了在El Centro(1940NS)波激励下,连体结构各子结构的地震反应,分析了结构反应与子结构频率比、质量比以及阻尼比的关系,对其影响规律进行了有益探索,并根据底部两结构的振动能量最小的原则,得出了顶部连接部位减震支座优化设计参数变化规律,用以指导减震设计。     

结构-设备互动减震体系的时程分析

根据动力荷载下结构与其内部设备相互作用的特点，提出了将建筑物作为主结构，其内部设备作为子结构的互动减震体系。用通用程序Super SAP95，分析了在不同地震波激励下减震体系的动力响应，发现与原结构相比，减震体系各楼层的最大位移及楼层剪力均有所降低，减震幅度可达10％-40％。分析表明该体系的减震效果是明显的，值得推广应用。     

钢框架减震结构拟动力试验

目的对一个首层薄弱的4层钢框架结构进行消能减震设计,研究该减震结构在不同地震烈度下的地震响应以及阻尼器的性能.方法根据日本隔震结构协会(JSSI)编写的《被动减震结构设计·施工手册》中介绍的被动消能减震设计方法,使用带缝钢板阻尼器,基于该结构减震性能曲线进行减震设计,对该减震结构进行拟动力子结构试验.结果在小震、中震及大震下,该减震结构的最大层间位移计角在1/50以内,阻尼器不发生面外变形,也不产生裂缝,与结构共同抵抗侧力,保证结构不发生破坏.结论该减震结构具有良好的减震性能,所采用的带缝钢板阻尼墙能够发挥其滞回耗能性能,但在大震后面外失稳,需要提供足够的面外约束进一步提升其抗震性能.     

结构顶部TMD系统采用隔震部件的减震研究

根据工程结构风振控制中应用较多的调谐阻尼减振机理，以地震作用下的减震控制为目的，提出在顸部TMD系统中采用隔震部件的方法，利用橡胶支座提供恢复力、利用滑动摩擦支座提供阻尼消能，以适应局部大变形要求。进一步对该体系在地震反应控制中的吸震效果进行了理论研究和编程计算分析，其中调谐减振子结构采用小比例附加质量。结果表明，该体系对地面地震动反应具有一定的减震效果，当TMD系统的基本周期接近某个模态周期时，调谐部分吸收地震能量较大，对主体结构具有较好的减震效果。特别当主体结构较规则、其地震反应是以基本振型反应为主的窄频反应时，减震效果更好。这些结果对结构调谐减震研究和应用具有一定意义。     

组合结构减震分析

提出一种组合结构减震体系，即在两相邻结构之间用连接件相连，形成一个主、子结构的组合体系．通过时程分析法探讨了主、子结构耦合振动机理，以及连接件位置、刚度对两结构响应的影响．分析结果表明：合理设置连接件能有效地控制组合结构（主要对主结构）的响应．并且，运用最优控制理论对分析结果进行了讨论．     

巨-子组合结构减震控制研究

巨型结构具有很大的整体稳定性和很高的结构效能,其主、子结构各自的受力特点决定了主、子结构的形式、建材、抗震性能要求等可以不同。利用该特点,以钢(型钢)混凝土建造巨型结构的主结构,轻钢构建子结构,形成不同于现有巨型结构和超高层混合结构的真正结构意义上的组合结构。为克服该新型组合结构体系中轻钢子结构过大的荷载响应,在子结构柱下设置夹层橡胶隔震支座,由此构成了巨-子组合减震结构。不同于已有的巨型框架多功能减振结构,本研究的建材不同,也更具实际工程意义。对依据该思想设计的一座70层超高层住宅做了多方案对比计算分析,得出一系列可供工程设计借鉴的结论。     

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。     

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.     

组合结构减震分析

提出了一种组合结构减震体系，即在两相邻结构之间用连接件相连，形成一个主，子结构的组合体系，通过时程分析法探讨了主，子结构耦合振动机理，以及连接件位置，刚度对两结构响应的影响，分析结果表明，合理设置接件能有效地控制组合结构（主要对主结构）的响应，并且，运用最优控制理论对分析结果进行了讨论。     

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.     

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。     

隔震桥梁地震反应速度控制型实时子结构试验

研究速度控制型实时子结构拟动力试验系统,并通过试验直接考察在地震中天然橡胶支座(NR)、高阻尼隔震橡胶支座(HDR)和超高阻尼隔震橡胶支座(HDR-S)等速度相关型隔震支座对桥梁的减隔震效果.速度控制型实时子结构拟动力试验系统实现实时子结构试验的速度控制,在试验过程中充分地考虑到加载速度对拟动力试验结果的影响,高精度地模拟了隔震桥梁的地震反应.试验结果证明,对于速度相关型试验试件这种试验系统拥有足够的精度.通过对比3种不同隔震橡胶支座的试验结果,证明了超高阻尼隔震橡胶支座对隔震桥梁结构具有优良的隔震减震效果.     

基于子结构的巨型网格结构分析

基于子结构为平板网架的圆柱面交叉立体桁架系巨型网格结构,该结构是由主体结构和子结构协同承载荷构成,主结构是倒三角型立体桁架相互交叉构成,子结构是正放平板四角锥网架构成.利用ANSYS中的APDL语言建立该结构计算模型,并对该结构静力特性进行了研究,包括结构在极限载荷作用下的内力峰值和最大挠度,以及主体结构的失跨比、杆件的截面尺寸、主体结构的高度等一系列参数分析,从而为该结构形式的设计和参数选择提供参考.     

水平地震作用下剪切型建筑结构分散滑模控制

将大尺度建筑结构整体状态方程分解为子结构形式,子结构间的耦合作用及地震干扰视为作用于子结构的有界广义力,利用滑模控制的匹配条件及子结构广义力的有界性,实现基于全局稳定的子结构分散稳定控制.进而,根据剪切型建筑结构系统矩阵特点,建立建筑结构分散滑模控制中满足滑模匹配要求的控制器布置条件;利用作用力位置矩阵奇异值分解的方法实现一般情况下该方法的控制过程.研究表明,基于滑模理论的分散控制可以有效实现建筑结构抗震控制;剪切型建筑结构控制设计的匹配条件仅与控制器数目和子结构层数有关.以20层钢结构基准模型在地震激励下的控制为例,说明该方法的实现过程.     

减震层作用下地铁车站结构的三维减震分析

利用ANSYS有限元软件建立岩土体—减震层—地铁车站结构体系相互作用的三维数值计算模型,依据地下结构受控模态理论和动力学振动理论,将该模型简化为3个自由度的振动体系,以平面应力方式建立振动方程,探讨其减震机理与效果。在此基础上,分别从位移与应力2方面分析不同减震层材料、不同减震层厚度对地铁车站结构的减震效果的影响,并与不设减震层的地震反应进行对比。研究结果表明:地铁车站结构周围设置减震层后,车站结构的最大相对位移差以及应力都有明显的减小,土体对结构的部分作用力被减震层材料吸收和分散,结构趋于做整体运动;达到应力和位移的峰值时间也向后推迟,改变了结构原有的频谱特性,对结构起到了双重保护结构作用;2种减震材料作用下都使结构下部的减震效果比较好,特别是采用弹性模量较小的橡胶材料时,减震效果比较明显;随着减震层厚度的增加,最大相对位移差和应力也不断减小,当将减震层设置为25~35 cm厚的橡胶材料时,应力减小达幅度达到20%~30%,起到良好的减震作用。     

“顶吸基隔”结构非平稳随机地震反应分析新方法

为了有效抑制基础隔震结构的隔震层及主结构的过大位移,设计了"顶吸基隔"减震结构并提出了相应的非平稳随机反应分析新方法.通过在基础隔震结构的顶部布置调谐质量阻尼器来构建减震结构,分别采用Bouc-Wen模型及其刚度退化模型模拟隔震层及各楼层的滞回特性.通过在精细积分法中引入复化Cotes积分,并结合虚拟激励法,提出了求解减震结构非平稳随机反应的CCIM法.依据首次超越破坏准则,建立了以结构层间位移角为评价指标的动力可靠度极限状态方程.通过分别采用CCIM、蒙特卡罗法和时域显式蒙特卡罗法对减震结构进行随机反应分析,验证了CCIM具有高效率和高精度的特点.以一座30层钢框架结构为算例,分别计算了减震结构、基础隔震结构和未控制结构在8度和9度罕遇地震作用下的随机反应.结果表明:本文提出的"顶吸基隔"减震结构的整体可靠度比基础隔震结构和未隔震结构的都要高,该减震结构具有极大的工程推广价值.