非线性黏滞阻尼器性能试验

非线性黏滞阻尼器性能试验是控制其质量的重要手段,而我国非线性黏滞阻尼器性能测试标准的部分技术规定尚需进一步明确和细化。针对性能参数C、α确定、滞回曲线面积评定及慢速试验实施等争议较多的问题,分别从测试技术和数据处理两方面进行探索研究。通过对工程常用非线性黏滞阻尼器开展性能试验,明确了性能参数C、α的数据处理方案,统一了地震疲劳性能试验评定滞回曲线面积的技术规定,细化了慢速试验实施的技术要求。研究成果可供非线性黏滞阻尼器性能试验技术标准完善参考。

抗弯刚度对线性黏滞阻尼器拉索力学性能影响

基于部件模态综合理论,得到考虑抗弯刚度和垂度的拉索——阻尼器系统的非线性降阶模型。在此基础上,基于复模态理论,考察不同边界条件下,抗弯刚度对系统一阶模态阻尼比的影响。研究表明,当拉索两端固接时,不考虑抗弯刚度时得到拉索最优模态阻尼比的上限值,且不同抗弯刚度下拉索最优模态阻尼比大体相同,而当两端铰接时则正好相反。当线性黏滞阻尼器参数的选择使拉索——阻尼器系统一阶模态阻尼比达到最优时,随着拉索抗弯刚度的增加,高斯白噪声激励下拉索的位移响应是减小的,并且同一根拉索,两端铰接时拉索的位移响应小于两端固定时的响应。通常安装阻尼器会减小拉索的弯矩响应。但值得注意的是,在阻尼器安装位置处拉索的弯矩有一个峰值,特别是当拉索两端铰接时,该值甚至可能会超过无阻尼器时拉索的中点弯矩响应。

非线性黏滞阻尼器性能参数C、α测试研究

非线性黏滞阻尼器力学性能测试是质量控制的重要环节,性能参数C、α是决定其力学性能的核心因素。《建筑消能阻尼器》(JG/T209—2012)规定了非线性黏滞阻尼器力学性能测试的基本要求和方法。而利用试验数据间接确定性能参数C、α的方法不明确,导致非线性黏滞阻尼器性能参数测试结果存在争议。基于非线性黏滞阻尼器工作原理和能量原理,本文提出了确定性能参数C、α的曲线拟合法和简化的能量法,通过大量开展非线性黏滞阻尼器力学性能测试试验,对比验证了两种方法的合理性。综合分析了在非线性黏滞阻尼器性能参数测试中应用两种方法的理论意义及面临的现实问题,给出了两种方法联合使用的建议。

定海大桥非线性黏滞阻尼器参数研究

以一座V形墩连续刚构桥为工程背景,研究非线性黏滞阻尼器的设置对该桥梁抗震性能的影响。建立有限元计算模型,采用非线性动力时程法分析阻尼参数,讨论黏滞阻尼器在桥梁的设置位置,并与未设置阻尼器的桥梁地震响应情况进行对比。结果表明:通过在桥梁上设置非线性黏滞阻尼器后,合理选择黏滞阻尼器的位置和参数,可有效降低桥梁关键结构在地震作用下的位移变形和内力响应,提高桥梁的抗震性能。

设计参数对非线性黏滞阻尼器的力学性能影响研究

为研究不同设计参数对黏滞阻尼器性能的影响,对二甲基硅油进行剪切试验,得到粘度和剪切应力随剪切速率的变化曲线。设计了27组不同参数的黏滞阻尼器,采用ICEM CFD建模和网格划分,导入FLUENT软件对其进行分析,研究了缸筒内径、活塞杆直径、活塞厚度、阻尼孔直径、间隙大小、阻尼孔数量、硅油粘度七个参数对黏滞阻尼器耗能性能的影响及规律。研究结果表明:缸筒内径和活塞杆直径影响阻尼器内部腔体硅油容量,活塞速度一定时,腔体硅油容量越大,阻尼器出力和阻尼系数越大;活塞厚度影响阻尼孔和间隙的长度,活塞厚度越大,阻尼器出力和阻尼系数越大;阻尼孔直径、阻尼孔数量和间隙大小影响活塞上硅油流通面积的大小,活塞速度一定时,流通面积越大,阻尼器出力和阻尼系数越小,阻尼孔直径和阻尼孔数量主要影响速度指数的变化,对阻尼系数影响较小,间隙大小对阻尼系数影响较大;粘度越大,阻尼器出力和阻尼系数越大,速度指数越小。

负刚度非线性黏滞阻尼器对斜拉索振动控制研究

为提升传统被动线性黏滞阻尼器(LVD)对斜拉索的减振效果,本文融合被动负刚度控制技术和非线性黏滞阻尼特征,开展了负刚度非线性黏滞阻尼器(NSNVD)对斜拉索减振增效的研究。基于能量等效线性化方法获得了NSNVD的线性等效力学模型;采用复模态分析获得了斜拉索张紧弦模型的附加模态阻尼比的近似解和迭代解,并分别与考虑或忽略斜拉索垂度和抗弯刚度的数值仿真解进行对比,验证了能量等效线性化方法对NSNVD斜拉索减振系统的适用性;基于考虑斜拉索垂度和抗弯刚度的仿真解分别开展了NSNVD对斜拉索单模态减振效果参数分析和多模态减振效果优化研究,获得了NSNVD负刚度系数和黏滞阻尼指数对斜拉索单模态和多模态减振效果的影响规律。研究结果表明:NSNVD的被动负刚度效应显著提升了斜拉索单模态减振效果,负刚度效应和非线性黏滞阻尼特征均有助于提升斜拉索多模态减振效果;与非线性黏滞阻尼器(NVD)和负刚度线性黏滞阻尼器(NSLVD)相比,NSNVD对斜拉索具有更好的减振效果。

非线性黏滞阻尼器力学性能参数识别方法研究

针对试验标准对黏滞阻尼器的性能参数识别方法没有明确细化而得到结果差异显著,基于非线性黏滞阻尼器工作原理和能量等效原理的五种不同方法对同一组动力试验数据进行参数识别.对比了Dashpot模型耗能计算的理论解,以及各种性能参数识别方法的变异系数与决定系数.采用CO与CH方法计算Dashpot模型耗能最准确.加载位移幅值越大,荷载位移数据越稳定,识别出的性能参数越准确.Maxwell单工况法识别出的性能参数最准确,比Dashpot单工况法的决定系数高25.63%.

基于性能的非线性黏滞阻尼器减震结构设计与抗倒塌能力评估

依据我国《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)和借鉴日本隔震结构协会《被动减震结构设计!施工手册》,提出了非线性黏滞阻尼器减震结构的设计方法,通过实际结构的等效单自由度体系的减震性能曲线,确定非线性黏滞阻尼器的损失刚度比和等效支撑构件刚度比,进而应用于主结构,确定各楼层需配置的非线性黏滞阻尼器参数。利用这一方法对某6层钢筋混凝土框架结构进行减震设计,并采用SAP2000软件对结构装设阻尼器前后的抗震性能进行了分析对比。最后选择20条地震波对结构某榀横向中框架进行了增量动力分析,并采用倒塌储备系数评估结构的抗倒塌能力。结果表明:装设非线性黏滞阻尼器后结构的抗震性能有较大的改善,能够较好地达到性能目标的要求;结构的抗倒塌能力也明显提高。但不同地震动输入下结构的增量动力分析结果差别较大,因此地震波的合理选择及大震作用下动力分析结果的可靠性仍然是今后需进一步研究的主要问题。

考虑参数随机性的高层建筑风振舒适度的非线性黏滞阻尼器优化布设

以顶层加速度作为概率特征量,建立目标函数,分别采用基于随机等效线性化系统的频域方法和基于概率密度演化理论的非线性系统时域方法,进行了考虑结构参数随机性的高层建筑风振舒适度控制的黏滞阻尼器优化布设研究。结果表明：在总黏滞阻尼器系数相同的条件下,以顶层加速度标准差和失效概率为目标函数的黏滞阻尼器优化布设方案,在确定性激励作用下均能显著降低结构的风振响应,且相对于未优化的阻尼器均匀满布方案更经济、更有效。以加速度标准差为目标函数的传统阻尼器优化布设本质上是确定性分析方法,对结构可靠度的提高作用有限,而以加速度失效概率为目标函数的阻尼器优化布设,以结构响应的概率密度函数为优化对象,能显著地提高结构的可靠度,有利于改善高层建筑结构的风振舒适度性能。

非线性黏滞阻尼器对某含较多短柱框架结构的减震控制研究

以高烈度区某含较多短柱的钢筋混凝土框架结构为研究对象,针对结构短柱受剪承载力及弹性层间位移角不满足规范要求问题,采用非线性黏滞阻尼器对该框架结构进行减震设计,进行了多遇和罕遇地震作用下的非线性时程分析。分析结果表明,设置非线性黏滞阻尼器后,有效降低了短柱剪力,使之满足规范受剪承载力设计要求;结构层间位移角显著减小,多遇和罕遇地震作用下的最大减震效果分别为56.43%和28.32%,非线性黏滞阻尼器在多遇和罕遇地震作用下均具有良好的耗能能力。

中小跨度悬索桥非线性液体黏滞阻尼器反应谱迭代方法

通过中小跨度悬索桥的模态分析、地震激励分析以及相应的频谱分析,证明了纵飘振型为中小跨度悬索桥梁端纵向位移的单一控制振型.中小跨度悬索桥梁端纵向位移具有单自由度体系特征,故可根据纵飘振型建立中小跨度悬索桥梁端纵向位移单自由度模型,应用非线性液体黏滞阻尼器单自由度反应谱迭代方法,实现非线性液体黏滞阻尼器参数的选取和中小跨度悬索桥梁端纵向最大位移的估算.

非线性黏滞阻尼减震结构基于位移的设计方法

结合我国抗震设计规范,提出非线性黏滞阻尼减震结构基于位移的设计方法。根据减震结构的特点,将其性能划分为使用良好、人身安全和防止倒塌3个水平,并用层间位移角限值予以量化;以简化的方法计算非线性黏滞阻尼器的等效阻尼比。在此基础上将结构转化为等效单自由度体系,利用基于位移的设计方法对非线性黏滞阻尼减震结构进行设计,通过算例,介绍用该方法对框架结构进行非线性黏滞阻尼减震设计的设计过程。实例分析表明,提出的非线性黏滞阻尼减震结构基于位移的设计方法是可行的,并且与时程分析得出的平均结果吻合较好,而且该方法简单实用,便于操作,能够控制减震结构在不同强度水准地震作用下的性能。

黏滞阻尼器考虑激励频率影响的附加阻尼比简化计算

目前减震结构的附加阻尼比计算都需要先计算出结构的动力反应,并进行复杂的迭代过程,且在计算中一般都仅考虑激励频率等于结构基频的情况。基于非线性黏滞阻尼器,提出了一种不需计算结构动力反应,只根据结构特性、激励频率和阻尼器参数直接求解结构附加阻尼比的计算方法。分析了目前常用的几种附加阻尼比的计算方法,推导出了减震体系在简谐激励下,当激励频率等于结构基频时,不需要计算结构动力反应,且不需要迭代过程的附加阻尼比计算公式;研究了不同阻尼指数下激励频率对附加阻尼比计算取值的影响,并提出非共振情况下附加阻尼比的简化计算公式,在此基础上以反应谱平均周期为地震动的激励频率,给出了考虑激励频率且不需要计算结构动力反应的附加阻尼比简化计算方法;通过算例和非线性时程分析结果进行对比,验证了所提出方法的准确性。

附加黏滞阻尼器减震结构基于性能的抗震设计方法

本文以位移设计方法的概念为主,结合能力谱法提出附加黏滞流体阻尼器结构基于位移的初步设计方法。首先讨论了减震结构基于性能设计方法的实现途径并加以比较;其次定量研究了使用加速度反应谱转换为位移反应谱的条件,分析指出真实位移反应谱(均值)与转换得到的位移反应谱随着场地特征周期的增大,两者之间的差值逐渐增大;在场地条件相同的情况下,阻尼比越大两者的差异也越大。最后结合我国抗震设计规范,给出了主体结构保持弹性状态时,非迭代法确定附加黏滞流体阻尼器的减震结构设计流程。非线性时程分析结果表明该设计方法实用、有效。

聚硼硅氧烷基黏滞阻尼器的力学性能研究

黏滞阻尼器是一种速度相关型的耗能减振装置,其减震性能由结构内部阻尼介质物理性质决定。聚硼硅氧烷(Polyborosiloxane,PBDMS)是一种硅胶系高分子材料,由于具有作为黏滞阻尼器的阻尼介质的潜力而受到广泛关注。但是由于机械性能较差,限制了其广泛应用。该课题组通过添加白炭黑与二甲基硅油来改性PBDMS,获得黏滞阻尼器要求的非线性阻尼特性,提高其机械性能及其稳定性。通过对样品的流变性能、热力学性能以及阻尼器的动力学性能进行测试分析。结果表明,利用白炭黑改性PBDMS,不仅不影响材料的黏流温度,还带来了材料优异的机械性能。而该阻尼材料在工作一段时间后,其力学性能仍不发生改变,表现出较好的可逆性。将增塑型PBDMS作为黏滞阻尼器的阻尼介质使用,可以得到阻尼力与速度成非线性关系的黏滞阻尼特性,这种非线性黏滞阻尼器在同等条件下阻尼性能更优异、安全性更高。

装配整体式混凝土高层建筑结构黏滞阻尼器减震设计

上海某装配式高层建筑,预制率不低于45%,结构体系采用设置黏滞阻尼器的装配整体式钢筋混凝土框架结构。时程分析结果表明:多遇地震作用下,附加黏滞阻尼器结构较常规结构的首层地震剪力平均减小约35%,最大层间位移角平均减小约40%,黏滞阻尼器的平均耗能比例高达64%,黏滞阻尼器消能减震效果明显;罕遇地震作用下,结构最大层间位移角为1/158,结构屈服机制合理,结构塑性变形满足"生命安全LS"性能目标,结构构件的损伤程度轻,大震下结构抗震性能良好。

某单跨框架非线性阻尼器加固设计及弹塑性分析

以不满足现行《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)要求的某单跨4层框架结构学校宿舍为研究对象,利用附加黏滞阻尼器对其进行加固,并在基于位移设计方法的理论基础上对阻尼器的布置进行设计(包括阻尼参数及阻尼器的数量及布置);在ETABS中建立有限元模型进行弹性时程分析,得到阻尼器具有明显的减震效果;论文提出简谐荷载法验算结构附加阻尼比,证明阻尼器设计的合理性;为保证阻尼器在大震作用下的正常工作,采用PERFORM-3D对结构进行弹塑性分析,证明阻尼器在大震作用下的有效性;另外采用基于抗震性能的思考,比较了有控结构与无控结构在大震作用下结构的性能,得到有控结构在大震作用下的性能优于无控结构,依据《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010),有控结构的抗震构造可适当降低。

消能减震框架结构罕遇地震弹塑性时程分析

结构在罕遇地震作用下会进入弹塑性并产生损伤,准确预测地震荷载下结构的非线性行为,对评估结构的抗震安全性具有重要意义。某框架结构采用非线性粘滞流体阻尼器对现有结构进行抗震加固。文章采用纤维模型直接将构件的非线性节点力、节点变形和材料的非线性应力-应变行为联系起来,准确模拟地震作用下结构的三维非线性地震响应。利用纤维模型对该工程结构进行了动力弹塑性时程分析,结果表明采用阻尼器对结构进行消能减震设计后,能够延缓结构的塑性行为发展程度,满足设计目标。

某中学宿舍楼的消能减震设计与分析

介绍了消能减震的原理,分析了采用屈曲约束支撑和非线性黏滞阻尼器的某中学宿舍楼的消能减震设计方法,并经过动力时程分析结果显示:该消能减震结构能显著地降低结构的地震响应,提高结构的抗震性能。

结构-NFVD-TTMDI的控制性能

为了更好地发挥串并联调谐质量阻尼器惯容器(Tuned Tandem Mass Dampers-Inerters,TTMDI)的优势,进一步提高其有效性和鲁棒性,使其能够广泛地应用于实际工程中,提出了连接阻尼器为非线性液体黏滞阻尼器的串并联调谐质量阻尼器惯容器(Nonlinear Fluid Viscous Damper-Tuned Tandem Mass Dampers Inerters,NFVD-TTMDI)。在频域内推导出结构-NFVD-TTMDI系统的动力放大系数半解析解,进而定义了NFVD-TTMDI系统的最优化准则。采用迭代法进行等效线性化并使用FMINCON算法进行寻优,研究了不同阻尼指数υ对NFVD-TTMDI系统最优参数、减振有效性以及鲁棒性和质量块冲程的影响,并在时域内进行了验证。数值结果表明,相较于线性TTMDI,NFVD-TTMDI不仅具有相似的较高控制性能,而且当υ<1.0时其鲁棒性显著提高,同时对阻尼系数的需求显著降低,这些优势使得其在实际工程中更加经济有效。