旋转质量摩擦阻尼器限位摩擦摆隔震桥梁地震响应分析

针对现有隔震桥梁限位装置以及摩擦阻尼器存在的不足,利用机械领域常用的滚珠丝杠提出一种具有响应放大和负刚度效应的新型旋转质量摩擦阻尼器(Rotational Mass Friction Damper,RMFD)限位装置,介绍该装置的构造及作用机理,推导装置的恢复力计算公式,进行拟静力试验,设计装置在隔震桥梁中的布置方式,给出了在SAP2000中实现RMFD装置恢复力模型的方法,利用MATLAB和SAP2000对同一单自由度结构的响应进行对比,验证了方法的有效性。进而以某一6跨连续摩擦摆隔震桥梁为研究对象,利用SAP2000软件对比分析大震下非隔震桥梁、摩擦摆隔震桥梁以及RMFD限位摩擦摆隔震桥梁的地震响应、减震率、支座位移控制效果,以及等效摩擦力变化时墩柱响应峰值、减震率及墩柱损伤状态的变化情况。结果表明:RMFD作为桥梁隔震限位装置,仅需要较小的螺栓预紧力即可获得较大的RMFD阻尼器出力,位移行程大、耗能能力强,能够有效地将隔震层的位移控制在允许范围之内,避免支座位移超限引起的落梁、碰撞等震害的发生;同时,桥墩的墩底剪力、墩顶位移等地震反应稍有增大,减震率有所降低,但降幅均在10%以内,隔震桥梁仍具有良好的减震效果;随着等效摩擦力的增大,墩顶位移、墩底剪力、墩底弯矩最大值均不断增大,但支座的位移逐渐减小,说明螺栓预紧力越大,隔震层的位移控制效果越好,但其余地震响应的控制效果变差,桥墩损坏程度会加大,因此应合理设计预紧力的大小以取得理想的减震效果。

脉动风载作用下巨-子型控制结构体系中耗能阻尼器的应用

基于随机振动复模态分析理论,计算提出了巨-子型控制结构体系在随机风载作用下,结构反应与附加粘滞阻尼器阻尼值的关系;利用搜索的方法,寻找出最优的附加阻尼值;研究分析的结果表明,新型的巨-子型控制结构体系在合理安装附加粘滞阻尼器后,减振效果非常理想。

地震作用下新结构体系中阻尼器研究

对巨-子型有控结构体系进行了随机振动谱及时程分析,显示出了这种新结构体系具有优良的抗震性能;在结构反应敏感部位合理安装耗能阻尼器后,子结构的调频优势不会削弱,阻尼器的耗能作用充分体现,所以结构反应可以进一步降低;针对这种新结构体系,建议了一种简单、易于工程实现、减震效果明显、且不改变结构自振频率的阻尼器———粘滞阻尼器。

变摩擦多级FPS-TMD系统减震性能研究

针对常摩擦FPS-TMD(Friction Pendulum System-Tuned Mass Damper)因非线性导致适用范围有限的问题,本文提出了变摩擦FPS-TMD系统,基于拉格朗日原理推导了其运动方程并结合滞滑效应进行动力求解,采用非劣遗传算法(Nondominated Sorting Genetic Algorithm II,NSGA-II)进行变摩擦FPS-TMD系统的多目标优化设计。以某实际景观塔为例设计两级变摩擦FPS-TMD,并与常摩擦FPS-TMD以及经典TMD进行了对比分析。研究结果表明:结合NSGA-II的两级变摩擦FPS-TMD系统的参数优化过程能充分利用非劣的思路优化出使两级变摩擦FPS-TMD在小震和中震下同时展现出更好减震能力的参数,变摩擦FPS-TMD系统对地震的控制作用稍优于传统TMD,小震下两级变摩擦系统比常摩擦系统主结构位移响应衰减率降低了16.34%,中震下两级变摩擦系统可为主结构提供更好的减震耗能效果。

质量减震消能系统减震性能数值计算分析

介绍了一种由工程结构顶部的非结构质量与有刚度的摩擦支座以及限位黏弹性材料组成的新型分阶段耗能系统,在地震输入较小时,主要由摩擦摆滞回耗能,当支座与黏弹性材料碰撞后,该系统则由支座阻尼耗能。通过MATLAB中的Simscape模块分析该新型减震系统的力学模型并以四层框架结构为例,与传统隔震结构与设置调谐质量阻尼器减震结构进行减震性能对比。结果表明:质量减震消能系统(MES)既能利用质量系统耗散能量,有效控制楼层最大位移和层间位移角,又能利用结构中的隔震支座降低楼层绝对加速度,从而减少地震输入结构能量,降低建筑物损伤。

山区铁路高墩大跨刚构-连续梁桥减震研究

山区高墩大跨刚构-连续梁桥结构比较特殊,其地震反应复杂,合理的减震设置对控制地震反应尤为重要。以一座(78+3×134+78)m刚构-连续梁桥为研究对象,运用非线性时程分析法进行计算。通过在活动墩和桥台分别设置减震装置,探讨减震效果,基于最佳的减震设置,进行考虑桥台损伤对结构减震的影响分析。结果表明:桥台处设置粘滞阻尼器既可保证活动墩内力不增加,亦可显著降低刚构墩的内力;无论是桥墩还是桥台,布置摩擦摆支座的减震效果不及布置粘滞阻尼器;桥台损伤对减震有一定的影响,双侧桥台损伤和近刚构墩桥台损伤对刚构墩减震效果影响显著,使得地震内力放大3倍左右,近活动墩侧桥台破坏则对其影响较小;在刚构-连续梁桥的桥台减震设计中应重视刚构侧桥台的设计,确保近刚构墩侧桥台的线刚度达到10~6kN/m,远离刚构墩侧桥台线刚度达到10~5kN/m,实现桥台减震设计的可靠性。

顶部带FPS-TMD系统的高耸结构风振控制效益分析

将摩擦摆FPS和调谐质量阻尼器TMD系统相结合,建立和推导了顶部带FPS-TMD系统的高耸结构在风荷载作用下的风振控制非线性动力方程,讨论了利用Newmark-β法和迭代法结合求解上述非线性动力方程的解法。以广州新电视塔为例,通过选用影响其风振控制效果的不同参数(主体结构阻尼比,主次系统质量比,滑道不同摩擦因数以及滑道半径等)作用下的主体结构风致位移和加速度对比,对顶部带FPS-TMD系统的高耸结构风振控制效益进行综合分析。分析结果表明,相比无控结构而言,在不同控制参数情况下FPS-TMD系统具有不同的减振效果,通过合理选择FPSTMD系统的控制设计参数,可使得主体结构能够达到最佳减振效率。

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.

一种新的巨型-子结构控制体系在非平稳地震作用下的反应分析

本文研究了一种新的控制结构体系——巨型-子结构控制体系。根据控振结构体系的特点和通过对该结构的变形分析:主框架采用弯曲模型,而次框架采用剪切模型的集中质量模型,据此推导了控振结构的运动方程。利用复模态方法,对它和普通巨型框架结构进行了2种非平稳地震作用下的对比分析。研究结构表明:这种新的结构体系能有效控制地震响应,结构安全性和舒适度均有明显提高。

FPS-TMD减震钢框架振动台试验研究

本文设计制作出一个FPS-TMD,对装有FPS-TMD的4层钢框架结构进行了振动台试验,结果表明当激励频率接近结构受控自振频率时,FPS-TMD能够有效地减小结构的动力反应和抑制结构共振,减震率在50%以上,证明了本文所研究的FPS-TMD减震的有效性,文中采用的分析方法和研究结果可为FPS-TMD减震的深入研究及其实际工程应用提供重要参考。

高层建筑抗风优化设计和风振控制相关问题研究

高层建筑由于自振周期长、阻尼小,其高柔的特征使其对风荷载特别敏感,风荷载是沿海地区超高层建筑的主要水平控制荷载,因此在强/台风作用下,其抗风设计须在满足规范安全要求的前提下,同时又要经济实用和结构性能高效,为此,开展高层建筑抗风优化和风振控制方面的研究具有十分重要的现实意义。该文在对高层建筑抗风优化设计和风振控制研究现状做简要介绍的基础上,首先根据风荷载的特点,着重研究了考虑风速风向联合概率分布和基于可靠度及性能化的高层建筑抗风设计方法,采用最优准则法,以结构的总重或总造价为目标函数,以顶部位移、层间侧移以及顶部风致加速度为约束条件,对高层建筑结构杆件截面抗风优化设计的相关问题进行了研究。同时为提高基因遗传智能优化算法的收敛速度和获得最可能优化解,该文提出了传统基因遗传的改进算法(如基于改进罚函数及分级遗传算法)用于结构抗风优化设计。在结构拓扑抗风优化方面,则主要引入分层优化的概念,对变密度法和改进动态进化率的双向渐进拓扑优化方法,应用于抗风结构的拓扑构型优化算法进行了相关研究。通过实例分析验证了上述结构抗风优化算法的高效和正确性。在风振控制方面,该文结合摩擦摆系统和调谐质量阻尼器各自的优点,提出了摩擦摆调谐质量阻尼器(FPS-TMD)被动控制系统,对其力学和动力特性,以及高层建筑顶部带FPS-TMD系统的风振控制理论,进行了相关研究。以结构控制第三代Benchmark模型为实例,研究顶部带FPS-TMD系统的高层建筑风振控制效果,同时结合该文开发的基于小型电振动台的实时混合实验测试平台,采用风振控制实时混合实验结果与理论模拟计算结果的对比,验证了该文提出的FPS-TMD被动控制系统,应用于高层建筑风振控制的有效性。

FPS型TMD振动台试验模型设计及其减震效率仿真分析

为了对某钢框架进行减震控制,本文利用该钢框架的结构参数和动力特性,设计了FPS型TMD减震装置。然后用有限元软件SAP2000对该减震钢框架结构进行非线性动反应时程分析。分析结果表明:该装置具有显著的减震效果,能够有效地减小主结构的地震反应。为下一步的振动台试验和FPS型TMD减震装置的参数优化提供依据和参考。