Maxwell阻尼耗能结构非平稳地震响应解析分析

对单自由度广义Maxwell和多自由度Maxwell阻尼耗能结构非平稳随机地震响应问题进行了系统研究。首先通过构建单自由度和多自由度耗能结构在原始空间和扩阶空间上的特征值和特征向量的精确对应关系,将耗能结构位移、速度和阻尼器受力的时域响应计算公式用结构原始空间上的特征值和特征向量解析表出;然后针对7种经典均匀调制白噪声地震激励和2种经典均匀调制滤过白噪声地震激励,获得了耗能结构位移、速度和阻尼器受力的非平稳均方响应的解析解,并使耗能结构非平稳响应的解析分析与计算,完全转化为耗能结构在原始空间的特征值和特征向量的解析分析与计算,从而构建了基于耗能结构非扩阶特征值和特征向量分析,获得耗能结构非平稳地震响应解析解的一整套方法。

基于能量被动耗能结构抗震设计方法的研究

将结构前两阶振型各自等效为单自由度,采用模态pushover分析确定各等效单自由度的屈服强度系数和延性系数,然后由反应谱计算各阶振型耗散能量需求,利用各振型能量分布曲线,求得各层耗散能量需求,叠加得到各层地震总能量需求,据此确定耗能装置的类型及设计参数。运用该方法对9层钢框架进行了设计,并通过非线性动力分析进行了验证,结果表明该方法精确度符合实际工程需求。

自复位耗能结构的概念、分类及研究进展

残余变形对震后结构的整体性能具有重要影响,是基于性能的抗震设计的关键参数之一。为解决传统结构体系残余变形过大的问题,维持结构在震后的正常使用功能,自复位耗能结构(Self-Centering EnergyDissipative Structures,SCEDS)近年来成为国际土木工程领域的研究热点。在特定水准的地震作用下,SCEDS能够降低刚度、抑制地震作用增长、稳定耗散地震能量、对结构实现保护作用,同时利用自身的恢复力消除震后残余变形。首先阐释了控制残余变形对于结构性能的重要意义,总结了实现结构自复位的5个基本原理,并建议了相应的SCEDS的分类;然后对不同类别的典型SCEDS进行了历史回顾和现状总结;最后结合面临的问题展望了SCEDS的发展方向。

基于履带式阻尼器的框架-摇摆墙耗能结构抗震性能研究

介绍了基于履带式阻尼器的框架-摇摆墙耗能结构及其抗震性能的研究分析.框架-摇摆墙结构能改善结构的变形机制,提高结构抗震性能,缺点是削弱了结构刚度,使各层位移加大.而履带式阻尼器构造简单、安装方便、价格低廉,且能在2个方向上帮助结构耗能,帮助结构提升抗震性能.通过对框架剪力墙结构、框架-摇摆墙结构及基于履带式阻尼器的框架-摇摆墙耗能结构进行静力非线性推覆分析及动力非线性时程分析,对比研究3种结构的抗震性能.结果表明:框架-摇摆墙结构较框架剪力墙结构层间变形趋于一致,结构损伤趋于均匀,属整体破坏机制,相比框架剪力墙结构更加符合规范要求的"强柱弱梁""强剪弱弯"的设计原则;而履带式阻尼器可有效降低框架-摇摆墙结构的层位移及层间位移角,基于履带式阻尼器的框架-摇摆墙结构在承受地震荷载时层位移小,层间位移变化均匀,抗震性能更加优越.

基于能量法的耗能结构动力分析

从能量守恒原理出发,从理论上对耗能结构提出了一种新的动力分析方法,并给出了其对应的数值分析方法,用该方法可以求出结构在地震作用下任意时刻的动力反应,最后给出了一个基于该方法的算例分析.分析结果表明,该方法可以很精确地预测耗能结构的动力反应.

山区生活耗能结构的转换

能源建设是山区建设的一个重要组成部分,本文通过对鄂西山区秭归县生活耗能的调查与分析,展现了该区目前生活耗能的现状及其恶性效应,进而提出了耗能结构的转换思路及机制。

随机风作用下层间隔震混合耗能结构系列响应的简明封闭解

为了获取随机风载荷下结构的响应,给出了层间隔震混合耗能结构基于Davenport风速谱横向脉动风作用下的简明封闭解。首先,建立了层间隔震和粘弹性阻尼器组成的混合耗能结构的横风向振动方程;其次,综合运用复模态法和虚拟激励法提出了结构频率响应特征值函数的二次正交化,获得了结构系列响应的0阶和2阶谱矩以及绝对加速度方差的简明封闭解;最后,以8层层间隔震混合耗能结构为例,利用该方法对其结构系列响应方差和谱矩进行了分析,验证了该方法的正确性和有效性。

TMD耗能结构基于欧进萍谱的地震动响应解析法

对于TMD耗能结构体系基于欧进萍谱的地震动激励的表达式进行了系统分析,提出了一种简化解析计算法。首先,建立TMD结构的地震动方程,将欧进萍谱的滤波方程与TMD耗能结构的运动方程联立,重构结构的运动方程;其次,运用复模态解耦将TMD耗能结构的位移、速度响应转化为统一的表达式,获得TMD耗能结构地震动响应的均方差和0~2阶谱矩;最后经过算例分析验证了本文方法的准确性、高效性。

基于Clough-Penzien谱的粘弹性耗能结构地震响应的简明解析解法

对粘弹性耗能结构基于Clough-Penzien(C-P)谱的随机地震动响应提出新的简明解.首先,基于C-P谱的滤波方程,将复杂的地震激励精确转化成简明的白噪声激励,并重构粘弹性耗能结构的地震动方程.然后,利用复模态方法将结构的响应协方差精确统一表示为白噪声协方差的二重积分,基于白噪声协方差的特点给出了响应的协方差、功率谱及0-2阶谱矩的简明解析表达式.通过算例说明了本文方法的应用,并通过与虚拟激励法进行对比分析,验证了本文方法的正确性及简洁性.本文方法适用于具有滤波方程的复杂随机激励下的线性结构的动力响应分析.

二道防线耗能结构等效能量法设计研究

在屈曲装置和主体结构组成的二道防线结构抗震设计中,为满足承载力和刚度要求而在弹性变形条件下进行多次迭代的设计方法可能难以定量分析结构的塑性抗震性能。因此用塑性分析方法直接考虑结构构件和屈曲装置的非线性响应,采用考虑塑性变形的能量平衡概念进行设计分析,推导出不同地震强度水平下实现不同抗震性能目标的设计理论公式。最后,结合工程实例详细说明了等效能量法的设计过程,并与常规设计结构的地震易损性进行了比较,主要得出如下结论:将设有屈曲装置的二道防线耗能结构体系破坏过程简化为三线形的力-位移关系,推导出不同地震强度下的变形能方程,可以定量地进行不同抗震性能的需求设计;工程实例应用表明,在相同地震强度下,基于等效能量法设计的二道防线能耗结构具有较低的倒塌概率。在罕遇地震下,倒塌概率由7.9%降到0.7%,相对于框架结构降低了91%;倒塌储备系数CMR由1.72提高到2.80,比框架结构提高了63%。

框支剪力墙耗能结构抗震性能研究

框支剪力墙结构容易在底部形成大空间,可以满足变化多样的使用要求。但框支剪力墙结构易在底部形成薄弱层,不利于抗震。通过在底部设置RC耗能柱及限位斜撑的框支剪力墙结构模型的模拟地震振动台试验和有限元数值模拟分析,得到了框支剪力墙耗能结构的加速度、位移、剪力等在地震作用下的反应规律。验证了在中小地震时RC耗能柱充分耗能,在大震时RC耗能柱耗能、限位斜撑防止结构倒坍的耗能柱-限位斜撑体系的抗震设计思想。

TMD耗能结构基于Kanai-Tajimi谱的地震动响应新简明解

针对TMD耗能结构基于Kanai-Tajimi(K-T)谱的地震动响应的表达式复杂不利于工程应用的问题,提出了一种简明解法。首先将K-T谱的滤波方程和TMD耗能结构的运动方程联立,把基于K-T谱的地震动转化为基于白噪声激励的地震动。其次,运用复模态法获得TMD耗能结构的复振动特征值及模态强度系数;运用随机振动理论获得随机地震动响应(结构层位移及其变化率、层间位移及其变化率和层间剪力)协方差和功率谱密度函数的简明表达式。然后,基于谱矩的定义,获得TMD耗能结构地震动响应的0-2阶谱矩的简明解析解。最后研究了基于首次超越破坏准则及Markov分布假设的TMD耗能结构的体系动力可靠度。给出算例并与虚拟激励法进行比较,结果表明:两者的响应功率谱密度函数完全一致;当虚拟激励法积分步长为0.1rad/s,积分区间为0rad/s^1000rad/s时,两种方法所得结构响应的0-2阶谱矩完全重合,表明本文方法的简明性和精确性。

PBEE框架下基于IDA方法的超高层耗能结构地震易损性分析

超高层建筑在我国应用广泛,其地震安全性将直接影响人们的生命安全以及财产损失。本文选取该类建筑典型结构形式即框架-核心筒结构,针对地震破坏集中位置,结合耗能型连梁构造对该类结构进行减震设计。利用增量动力分析(IDA)方法,结合PBEE思想,从建筑使用功能的角度,对经减震设计前后的结构进行地震易损性分析,得到IDA曲线簇、易损性矩阵、震害矩阵。结果表明,耗能型连梁可减轻结构20%~30%的层间变形;未经减震设计的结构基本满足在小震时处于基本可使用状态、在中震时处于基本可使用和修复后使用状态、在大震时基本不发生倒塌,但在遭遇巨震时存在接近倒塌状态的大概率风险;经过本文减震设计的耗能结构,有效提升了结构遭遇小震、中震及大震时性能水准,特别是减小了结构遭遇巨震时发生倒塌的风险概率,极大程度地保证结构的地震安全性和使用功能性。

发展低能耗产品 调整行业耗能结构

建筑材料工业包括建筑材料、非金属矿及制品以及无机非金属材料三大类。随着科学技术的发展、产业结构的调整、人民生活水平的不断提高,人们对非金属矿及制品、无机非会属材料、新型房建材料的需求越来越大,其产值已由1986年的55亿元上升到1989年近百亿元,增长近1倍,这三类产品的万元产值能耗大大低于建材工业的平均能耗。

基于不同变形模式耗能框剪结构地震响应分析

基于地震作用下双重结构体系中两个分体系侧向变形模式的不同,提出一种在两个分体系之间设置BRB的新型耗能结构,以框架剪力墙双重结构为例,建立不同剪力墙与框架抗侧移刚度比耗能双重结构强度模型,输入6条不同特征的地震动记录进行非线性动力时程分析,结果表明:耗能双重结构与传统结构相比,出现了两个分体系模态振型不一致的交互振动,且基本周期增长;在BRB屈服强度设计为相应传统结构连梁内力的10%~33%时,耗能双重结构的峰值加速度、基底剪力、基底弯矩响应与传统结构相比均明显减小,尤其剪力墙响应更为突出,表现出了以框架为主引起的惯性力向剪力墙传递时被“切断”的耗能机制;耗能双重结构相比传统结构框架侧向位移响应有所增大,但合理设计BRB参数可以将层间位移角控制在规范限值内;耗能双重结构中剪力墙与框架抗侧移刚度比越大,峰值加速度响应和基底剪力响应减小越显著,框架侧向位移增大幅度也比较小,结构耗能效果越好。

一般线性粘弹性阻尼器耗能结构瞬态响应的非正交振型叠加精确解

对一般线性粘弹性阻尼器(含线性橡胶隔震支座)耗能结构的非正交振型叠加精确解法进行了系统研究。首先采用最一般的线性粘弹性阻尼器的积分型精确分析模型,用微分积分方程组实现一般粘弹性阻尼器耗能结构的时域非扩阶精确建模;然后采用传递矩阵法,直接在耗能结构原始空间上获得了一般线性粘弹性耗能变频结构在任意激励和非零初始条件下位移与速度时域瞬态响应的非正交振型叠加精确解;通过与3种典型结构的对比分析,验证了该精确解的正确性、简易性和普适性。该非扩阶精确解具有明确的物理意义,可视为现有比例粘滞阻尼定常结构的经典正交振型叠加精确解在一般线性粘弹性阻尼耗能变频结构的推广,能从本质上精确揭示耗能结构的振动机理,即尽管耗能结构的振型不具有正交性,但耗能结构响应仍然可精确分解为各振型响应的线性组合。此振动机理将为建立耗能结构精确的振型分解反应谱法提供分析路径,同时可将现有用于一般粘滞阻尼定常结构的参数识别、动力修改、最优控制及优化设计等方法推广到一般粘弹性阻尼变频非定常结构。

位移型耗能减震结构优化设计

提出了一种应用于耗能减震体系参数设计的新型优化数学模型。模型目标函数体现了明确的设计意义,在保证几种地震波作用下结构最大层间位移角接近设计值的前提下,尽可能使得应用的耗能体系刚度最小。新模型同时解决了不同地震波作用下优化结果各不相同,优化参数难以选择的问题,是一种有效的优化设计方法。

六参数实用黏弹性阻尼结构基于Davenport风谱风振响应的复模态法

针对六参数实用黏弹性阻尼耗能结构,基于Davenport风速谱系列响应问题进行了系统的研究.首先,利用六参数黏弹性阻尼器的微分型本构关系,建立了耗能结构基于Davenport风速谱激励下的运动方程;然后,运用复模态法将耗能结构的运动方程由二阶微分方程转化为一阶方程,获得了耗能结构系统对风振激励响应的频域解和功率谱密度函数表达式;最后,利用数学恒等式,基于随机振动理论获得了耗能结构系统在Davenport风速谱激励下的响应和阻尼器受力的解析解.该文方法不仅考虑了结构系统在风振激励作用下全振型展开的结果,表达式较现有结果更为简便,效率及精度更高,且适用于非经典阻尼结构.

基于分灾模式的密肋复合墙结构的抗震设计

分灾模式下的抗震设计是一种基于性能的抗震设计.根据新型耗能结构体系———密肋复合墙结构独特的构造特点,探讨该结构体系遵循的分灾抗震设计原则.运用双重结构的概念,解析了密肋结构三道抗震防线的组成,并从结构动力学方程出发,利用密肋结构三道防线的特点,分解结构刚度和阻尼,为实现结构的分灾控制设计提供依据.

屈曲约束钢板联肢剪力墙结构的弹性分析

高层结构常采用混凝土联肢剪力墙形式抵抗地震作用。然而在联肢剪力墙体系中,传统的连系构件(如混凝土连梁、钢连梁或钢骨混凝土连梁)均存在着各自的不足。提出一种新型的结构形式——屈曲约束钢板联肢剪力墙结构。通过在整体墙中部开设竖向贯通的洞口并均匀布置屈曲约束钢板组件来改进传统联肢剪力墙结构的抗震性能。其中屈曲约束钢板组件主要包括一片薄钢板以及布置其两侧的抑制其剪切屈曲的盖板。这种结构形式具有耗能能力强、可修复性能好并具有与整体墙相近的弹性抗侧刚度。基于连续化方法,研究了这种结构的弹性性能,提出了其刚度设计公式及强度设计理论公式。随后依据强度破坏准则推导出基于弹性设计的理论公式和方法。最后通过一个实际算例验证了所提出的设计理论及设计公式的正确性及在实际工程中的可行性。