巨子型有控结构体系中黏滞阻尼器参数研究

巨子型有控结构体系(Mega-sub Controlled Structure System,即MSCSS)是一种新型的超高层建筑结构体系。本文针对MSCSS的构造特点,提出一种安装黏滞阻尼器的新的布置方案,通过研究该布置方案中取不同黏滞阻尼器参数时巨子型有控结构体系在罕遇地震作用下的动力响应,提出了与该结构体系动力特性匹配的最佳阻尼参数。结果表明,采取文中所述的附设黏滞阻尼器的布置方案,可以有效地减少黏滞阻尼器数量,减小巨子型有控结构体系的加速度响应,极大程度地缩短了运算时间;黏滞阻尼器支撑刚度值的大小对结构塑性铰出现的范围影响很大,合理匹配的阻尼参数的选取可以充分提高巨子型有控结构体系抵抗地震和强风等灾害的能力,同时本文的结果也为这种新型结构体系的进一步深入研究奠定了基础。

巨子型有控结构体系中附加柱的连接方式

附加柱是巨子型有控结构体系(Mega-sub Controlled Structural System,即MSCSS)中的必要组成部分,附加柱的连接方式对MSCSS的动力特性有较大影响。结合概率密度演化理论及切球选点方法,通过对巨子型有控结构体系在结构参数及地震激励均为随机变量情况下进行附加柱应力响应计算,得到附加柱应力响应的概率密度演化曲面,对不同附加柱与巨型梁连接方式下的附加柱应力进行了研究。结果表明:释放附加柱的水平约束,可以有效地降低附加柱应力响应的均值及标准差,整体提高巨子型有控结构体系的抗震能力;而附加柱应力概率密度的不均匀性表明,即使巨子型有控结构体系受到平稳随机地震作用激励,其附加柱应力响应也将表现出明显的非平稳性。

巨子型有控结构体系基于失效路径的结构抗震性态研究

过往对巨子型有控结构体系抗震性能的研究往往使用层间位移角作为性能指标,这对具有很多冗余构件的复杂结构体系来说是不够的。本文对此进行改进,将层间位移角与结构失效路径相结合,提出了结构抗震性态这一概念,用以描述结构在遭受地震破坏时的状态。最后建立了巨子有控结构体系三维有限元模型,利用本文提出的方法进行了抗震性态研究,从不同尺度分析了结构的破坏过程,其结果可为结构的抗震设计提供更加合理的建议。

地震力作用下影响巨子型有控结构的动力参数研究

附加柱刚度与附加阻尼为影响巨子型有控结构抗震性能的两个重要参数。本文基于随机振动理论探讨水平地震作用下附加柱刚度及附加阻尼对巨、子结构动态特性的影响,分析附加阻尼与附加柱间的制约关系,并对比研究传统巨型框架结构、巨子型有控结构安装流体阻尼器前后的响应功率谱变化。结果表明:巨子型有控结构具有极好的抗震性能,安装合理的附加阻尼后,其抗震能力得到进一步提高;附加柱刚度变化不但影响巨、子结构动力响应,而且会导致最优附加阻尼区间迁移。因此,巨子型有控结构具有广阔的发展空间,实际设计中应充分考虑附加柱与附加阻尼的相互影响。

一种新型结构体系在随机激励下的控制参数特性研究

以（日本）东京市政厅（传统普通巨型框架结构）为原型，在此结构基础上设计了相应的巨一子型有控结构体系PMSCSS（Passive Mega-SubControlled Structural System），对其在随机脉动风荷载激励和随机平稳及非平稳地震激励下的控制效果分别进行了对比计算研究，并讨论了相对结构参数，如主子结构质量比、主子结构刚度比对PMSCSS位移及加速度响应控制效果的影响。研究结果表明，与传统普通巨型框架结构体系相比，PMSCSS在随机脉动风荷载激励下主结构的位移响应控制率可达61．5％～67％，子结构位移响应控制率可达53．9％～58．4％，子结构加速度响应控制率可达45．2％～57．5％；在随机地震荷载激励下主、子结构的位移响应控制率分别可达70％和34％，其相应的加速度控制率为50％和56％，以上数据充分说明了PMSCSS在控制位移、加速度响应方面具有显著效果。

双调制非平稳地震波作用下巨子型有控结构动力响应分析

巨子型有控结构体系是超高层建筑结构体系中一个新的分支。文章将地震地面运动作为随机过程,结合双调制函数生成人工地震波,对巨子型有控结构进行双调制非平稳地震波作用下的响应分析,并与普通巨型框架结构在相同地震波输入情况下的动力响应进行了对比。结果表明,巨子型有控结构在双调制非平稳地震作用下的层间位移角均满足抗震规范中层间位移角限值的要求,并且其位移与加速度响应小于同等工况下巨型框架结构的动力响应。

顺风向脉动风载下巨子型结构振动控制研究

基于对顺风向脉动风载下子结构质量和附加阻尼研究,探讨巨子型有控结构(M SCS)中的两种控制作用——调谐减震与阻尼耗能减震及两者间的关系。研究了不同附加阻尼时子结构质量变化对M SCS动力响应的影响规律,及子结构质量不同情况下附加阻尼值变化对M SCS动力响应的影响规律,并分析子结构质量对M SCS中最优附加阻尼值的影响。结果表明:M SCS动力响应随着子结构质量增大而减小,且该规律不受附加阻尼变化干扰;M SCS侧移或加速响应随着附加阻尼增大呈现出先减小后增大或不变的变化规律,且该规律不因子结构质量不同而改变,但最优附加阻尼值随子结构质量增大而减小。实际设计中为充分发挥M SCS抗风振潜能,要综合考虑子结构质量与附加阻尼的影响。

非平稳地震下巨子型有控结构非线性随机振动研究

以Priestley演变谱理论对非平稳振动的描述为基础,同时参考了虚拟激励法计算随机振动响应的思路,利用等效线性化方法推导出滞迟系统在强度-频率双非平稳激励下的非线性响应求解公式。运用推导出来的公式计算了巨子型有控结构(MSCSS)在特定震级、震源距双非平稳地震随机激励下的非线性响应,结果表明一般情况下,子结构的非线性程度越高,MSCSS的响应越小,同时表明具有振动控制能力的MSCSS可以较传统的巨型框架结构拥有更好的抗震能力。研究了MSCSS构造参数的设置,如巨子结构质量比、巨子结构相对刚度比在不同非线性程度下对结构减震性能的影响规律,在实际应用中可以根据计算结果合理分配这些参数,以达到最佳减震效果。

地震作用下巨子型有控结构的半主动控制研究

在巨子型有控结构(MSCSS)的巨结构、子结构之间设置磁流变(MR)阻尼器,利用模糊神经网络建立了MR阻尼器的控制规则,并且运用遗传算法对控制器的规则库进行优化,研究了MSCSS在地震作用下的半主动控制问题。时程分析结果表明:在El-Centro地震波和Taft地震波作用下,本文建立的MR阻尼器均能很好地发挥调频子结构的减振功能,使巨结构的响应大为减小,两种地震波下结构顶层位移响应最大值的降幅分别为64%和74%,而层间位移响应的减小幅度也分别达到42%和61%。利用概率密度演化算法计算了结构在强度-频率双非平稳地震谱激励下的随机振动,计算结果显示本文对MSCSS进行的半主动控制能够使结构顶层位移均方响应峰值降低79%,提高了结构的抗震性能。

巨-子型有控结构体系在地震激励下的响应控制特性

为研究巨-子型有控结构体系MSCSS(Mega-Sub Controlled Structural System)在地震作用下的响应特性,建立了MSCSS在随机地震激励下的动力方程,推导了结构响应计算表达式,对MSCSS在随机平稳及非平稳地震激励下的响应控制特性分别进行了对比计算研究,讨论了相对结构参数,如主子结构质量比、相对刚度比对MSCSS位移及加速度响应控制效果的影响.研究结果表明,与传统普通巨型框架结构体系相比,MSCSS在控制位移、加速度响应方面具有显著效果.

罕遇地震作用下巨子型有控结构二阶效应影响分析

通过有限元分析软件sap2000建立了巨子型有控结构(MSCSS)的有限元模型,在考虑二阶效应的情况下,对MSCSS进行了罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,并与不考虑二阶效应的结构地震响应情况进行比较,研究了二阶效应对塑性铰的生成、结构侧移以及杆件内力的影响。研究结果表明:选择不同地震波激励时,考虑二阶效应的作用会使塑性铰数量分布有不同的变化规律;第二子结构层间侧移受二阶效应的不利影响随楼层增加而增加,最大增幅达到6.4%,同时,巨型柱的弯矩和第二子结构梁弯矩均受到二阶效应不利影响,其最大增幅分别为7.2%和7.4%。因此在对MSCSS进行罕遇地震下的弹塑性响应情况分析时,必须考虑二阶效应对结果的影响。

强震下巨子型结构体系的扭转效应分析

探讨了巨子型结构体系的工作原理及特点。以某结构方案为例,采用大型通用有限元分析软件对巨子型结构体系和普通巨型框架结构建立了空间相互作用模式下的杆系模型,用三维空间梁单元模拟梁、柱及支撑,用壳单元模拟楼板,选用实测地震波来进行时程分析,然后对两种结构的扭转效应进行对比研究。结果表明,巨子型结构体系对主结构和子结构的扭转效应均有显著的控制效果。结论:巨子型结构体系可以有效控制地震作用时的扭转效应。

脉动风下巨子型有控结构参数研究

对脉动风作用下影响巨子型有控结构动力响应的两个重要参数:附加阻尼和子结构刚度进行联合研究。分别研究了脉动风作用下有、无附加阻尼时,巨、子结构动力响应随子结构刚度变化的规律,并分析了附加阻尼在巨子型有控结构中的作用。通过三维曲面图,立体地描述附加阻尼与子结构刚度共同影响巨、子结构动力响应的规律,研究了两参数的内在关系。结果表明:附加阻尼能促使巨、子结构动力响应随子结构刚度变化的规律趋于一致,并能进一步提高巨子型有控结构抗风振能力;安装附加阻尼且刚度比RD在0.5附近时,巨、子结构动力响应最大;附加阻尼存在优化值,但该优化值不随子结构刚度变化而有明显改变。因此实际设计中,选择最优附加阻尼时可以不考虑刚度因素,但必须避开刚度不利区间。

巨-子型有控结构体系中附加阻尼器布置方案研究

利用有限元软件sap2000建立了三巨层的巨-子型有控结构体系(MSCSS)有限元模型,并沿调频子结构高度方向的不同位置分别布置了附加黏滞阻尼器,对MSCSS进行了罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,通过与巨型框架结构(MF)的对比,研究了不同工况下MSCSS的响应控制率、塑性铰分布规律和附加阻尼器的工作效率。结果表明:附加阻尼器的位置布置差异对MSCSS的动力特性有较大的影响,将附加阻尼器布置于调频子结构中部两层与两侧巨型柱之间时结构的动力响应控制效果最佳,且塑性铰的分布也更加合理;同时,采用这种布置方案的附加阻尼器耗能能力较强,阻尼器的工作效率也较高。

巨子有控结构体系非线性地震响应的半主动控制

巨子有控结构体系(MSCSS)是一种具有自控能力的新型结构体系。本研究将磁流变(MR)阻尼器与MSCSS的工作机理相结合,采用模糊神经网络建立MR阻尼器的控制规则,利用遗传算法对模糊神经网络结构进行优化,在考虑构件发生非线性变形的情况下,研究了不同场地地震作用时的MSCSS非线性振动响应控制效果。通过与被动控制工况和以LQR算法为基础的半主动控制工况进行时域、频域范围内的对比研究,结果表明本文设计的模糊神经网络算法可以有效减小MSCSS的地震响应,并且在结构构件进入非线性状态以后仍然保持良好的稳定性,大大提高了结构的抗震性能。

双非平稳地震激励下巨子型有控结构振动控制研究

利用特定震级、震源距下的强度-频率双非平稳地震加速度激励谱,结合虚拟激励法对巨子型有控结构(MSCSS)进行随机振动分析,并与工程中常用的强度调制非平稳地震激励下的工况进行比较,结果表明双非平稳激励研究更接近实际地震情况,此时结构的位移、加速度响应要更大,结构更易破坏。同时研究也证明了MSCSS较传统的巨型框架结构有更好的减震控制能力。讨论了MSCSS的结构构造参数,如巨子结构质量比、巨子结构相对刚度比、调频子结构的楼层数对整体结构减震效果的影响,在MSCSS进一步的设计研究中,可以根据计算结果合理分配这些参数,以使结构的控制效果达到最佳。

巨-子型有控结构体系的可靠度分析及其优化

采用首次超越破坏机制,定义结构层间位移为极限状态控制指标,确定了基于概率密度演化方法的巨-子型有控结构体系的抗震动力可靠度的计算方法;基于可靠度并结合"等可靠度准则"对其进行优化。编制SAP2000与MATLAB接口程序将SAP2000中的分析结果带入到MATLAB中进行概率密度演化分析。结果表明:巨-子型有控结构在弹塑性阶段依然有很好的响应控制效果;巨–子型有控结构比巨型框架结构具有更高的抗震可靠度;经过优化后MSCSS的响应控制能力及可靠度都得到了显著提高。

强震作用下超高层建筑结构MSCSS的响应特性研究

笔者根据超高层巨型建筑结构体系的构造特点,论述了将结构振动控制原理融入巨型结构本身构造之中的构造新结构体系的方法,并采用这一方法提出了巨子型有控结构体系MSCSS(Mega-sub controlled structural system),分析了MSCSS的构造原则及控制理论背景,研究了MSCSS在罕遇地震及超罕遇地震(加速度峰值达到1000g)时的结构响应控制特性、塑性铰发生规律及结构灾变情况。通过与巨型框架结构的灾变情况相比,表明了MSCSS抵御地震作用的高可靠性及良好的经济性,也表明了将结构振动控制原理融入结构自身的构造之中、通过结构自身的功能单元实现结构响应控制的方法是合适的,是研究超高层建筑结构新体系的有效途径之一。

基于复模态反应谱法的MSCSS控制特性研究

巨子型结构体系(Mega-sub Controlled Structure System,即MSCSS)作为一种新型超高层建筑结构体系,由于其特殊的构造特性使得结构体系的阻尼矩阵呈现出非经典阻尼的分布特征。为准确高效地研究MSCSS的控制特性,避免强迫解耦和时程分析法所带来的误差与不足,文中基于复模态理论对非经典阻尼系统进行解耦,验证了基于复模态的CCQC法(Complex Complete Quadratic Combination)对MSCSS的适用性,采用CCQC法对MSCSS进行抗震分析。结果显示出MSCSS优于MFS(Mega Frame Structure)的抗震特性,并且MSCSS的控制特性主要体现在含有调频子结构的巨层。

一种大型复杂建筑结构抗震可靠性分析方法

计算复杂结构的抗震可靠度需要进行大量仿真分析因而计算成本较高,使用代理模型拟合功能函数可以提高计算效率,但如何在提高工程结构可靠性分析效率的同时保证计算精度是一个值得研究的问题。提出一种基于Kriging模型的可靠性分析方法,其以较少次功能函数的计算建立Kriging代理模型,通过加点采样来提高功能函数代理模型的精度,结合Monte Carlo模拟得到失效概率的近似值。分析了2个数值算例,结果表明该方法是高效的和准确的。将其应用于巨-子型有控结构的抗震可靠度计算中,其中考虑了结构和地震作用的随机性,分析结果表明该方法是一种适用于复杂建筑结构可靠性分析的有效方法。