一类具有黏阻尼的非线性弹性杆方程的初边值问题

在给定的Sobolve空间中,研究了一类非线性弹性杆方程的初边值问题,其中非线性项具有临界增长指数。描述了考虑非线性势力作用下具有黏阻尼的弹性杆的振动问题,利用Faedo-Galerkin方法,通过对变系数及非线性的处理,证明了该系统在一定初边值条件下整体弱解的存在、唯一性。为此类力学振动问题的研究和计算提供了理论依据。

近断层脉冲型地震动下调谐黏滞质量阻尼器减震结构易损性分析

选择典型脉冲型近断层地震动记录分别对一安装有调谐黏滞质量阻尼器(tuned viscous mass damper,TVMD)、黏滞阻尼器(viscous damper, VD)和无阻尼器的6层3跨钢框架结构进行增量动力分析,进而基于增量动力分析结果得到3种结构不同损伤状态的易损性曲线。易损性分析结果对比表明:随着惯容单元的引入,减震结构可靠性显著提升;相较于相同阻尼的VD,TVMD可以更有效地提升结构的抗震性能,减小结构在不同损伤状态下的失效概率。随着质量比的增加,TVMD减震结构在不同损伤状态下的失效概率减小,TVMD对结构性能状态的提升不会随非线性的增加而减小,且在结构经历弹性、弹塑性直至倒塌的整个过程中减震控制性能发挥稳定。进一步选取3组不同脉冲周期的近断层地震动记录对三种结构进行时程分析,讨论TVMD在不同脉冲周期近断层地震动下的减震控制效果。结果表明,在近断层脉冲型地震动作用下,TVMD并不都会实现阻尼单元“阻尼增效”,阻尼器的性能发挥与地震动的特性有关。相较于VD,当T_1/T_p≥2时,TVMD可以更好地减少结构能量输入但其能量耗散效率低于VD,不能实现“阻尼增效”;当T_1/T_p <2时,TVMD可以减小结构残余位移,具有更优的减少能量输入和增大能量耗散效率的双重效应,体现了惯容的“阻尼增效”。

基于特斯拉阀的黏滞阻尼器减震性能研究

针对一种基于特斯拉阀单向流通性的新型黏滞阻尼器,利用MTS landmark电液伺服试验系统对单双阀两种工况的阻尼器进行多振幅多频率循环加载;基于流体在特斯拉阀内的沿程损失建立理论模型,用MATLAB软件对新型阻尼器及传统孔隙式黏滞阻尼器进行仿真分析,分组讨论新型阻尼器的耗能减震性能。试验及仿真结果表明:新型阻尼器是一种无刚度的速度相关型阻尼器,试验值与仿真值基本吻合,较传统阻尼器减震性能突出;单阀阻尼器其性能受流体速度影响存在适用局限性,可通过调整阀门组数以调节阻尼器耗能性能。

附设黏滞阻尼器的RC框架结构抗震韧性评估

为研究黏滞阻尼器对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构抗震韧性影响,基于增量动力时程分析方法,对附设黏滞阻尼器的RC框架结构开展抗震韧性能力评估。结合FEMA P-58以及我国抗震韧性评价标准,将主要受损构件的修复费用、修复时间曲线以及易损性信息按实际情况进行相应修正,并对无控结构和有控结构的修复费用、修复时间和人员伤亡等主要抗震韧性指标进行对比分析,明确了黏滞阻尼器对RC框架结构抗震韧性的影响。研究表明,在RC框架结构中适当设置黏滞阻尼器不仅能够减小结构地震响应、降低结构破坏概率,还能有效提升结构抗震韧性。

地震作用下调谐黏滞质量阻尼器阻尼比增效效应与优化设计研究

调谐黏滞质量阻尼器(Tuned Viscous Mass Damper,TVMD)是一种有效的被动惯容减震装置,本文针对地震作用下建筑结构TVMD阻尼比增效效应与优化设计展开研究。将TVMD对结构自身阻尼耗能功率的控制效果归纳为TVMD等效附加阻尼比,并基于随机振动理论推导了等效附加阻尼比的理论表达式。为了使TVMD更具实际应用价值,TVMD理论上应取得比同阻尼系数的黏滞阻尼器(VD)更大的等效附加阻尼比,这一现象定义为TVMD阻尼比增效效应,并定义了阻尼比增效系数来量化评估阻尼比增效效应。将等效附加阻尼比和阻尼比增效系数均作为优化目标,提出了TVMD最优设计参数理论解。参数分析结果表明,本文解具有良好的稳定性和适用性,为了更高效地发挥阻尼比增效效应,推荐TVMD质量比不超过0.3或阻尼比不超过0.1。以某七层标准钢框架结构作为工程算例展示了TVMD设计流程,并验证了本文解的有效性和优越性。算例分析结果表明,使用本文解设计TVMD能显著放大其阻尼元件变形,表现出了理想的阻尼比增效效应。与传统解相比,本文解还具有另一个明显优势,即保证TVMD的减震效果优于同阻尼系数的VD,不存在减震效率问题。

铅黏弹性阻尼器增强钢管约束钢筋混凝土柱节点抗震性能研究

针对钢管约束钢筋混凝土(steel tubed reinforced concrete,STRC)柱节点抗震性能薄弱的现状,提出采用改良的铅黏弹性阻尼器进行增强。基于ABAQUS工作平台对铅黏弹性阻尼器试件建立有限元模型,将数值计算所得滞回和骨架曲线、耗能性能及疲劳性能与试验结果进行对比,两者吻合较好。在此基础上探讨了铅芯直径、铅芯布置形式及复合黏弹性体厚度比值对铅黏弹性阻尼器力学性能的影响。结果表明:相较于扇形铅黏弹性阻尼器,改良后的四边形铅黏弹性阻尼器表现出更好的力学性能;随着铅芯直径的增大,阻尼器的耗能能力指标均得到大幅提高;建议铅芯个数取2个,铅芯面积与复合黏弹性层面积比值取6%~8%,复合黏弹性体厚度比值约为0.67。建立不同布置方案的铅黏弹性阻尼器增强STRC柱节点试件模型,对其破坏形态、滞回特性和箍筋应力进行对比分析,给出合理的布置方案,为实际工程提供参考。

我国黏弹性阻尼器抗震疲劳性能检验标准研究

我国黏弹性阻尼器在生产和应用过程中均需要进行抗震疲劳性能检验。我国现行的消能阻尼器标准中均对黏弹性阻尼器的抗震疲劳性能检验方法进行了规定。对现行标准中相关的试验加载制度和性能评价方法进行了汇总和比较,并基于此,对四种黏弹性阻尼器进行了抗震疲劳性能试验和性能参数分析。结果表明,基于不同标准得到的阻尼器力学性能参数的变化率不同,是否满足15%限值的结论也不相同。

基于GA-BPNN代理模型的混合式黏滞阻尼器构造优化

采取CFD(computational fluid dynamics)数值模拟和基于代理模型的优化方法,研究混合式黏滞阻尼器在多参数设计空间内的构造参数优化问题。首先,分析黏滞阻尼器参数对力学性能的影响规律,基于正交试验理论选取间隙宽度、缸体内径、活塞厚度、阻尼孔直径为关键参数,利用优化拉丁超立方设计和CFD数值模拟获得初始样本点耗能性能指标;然后,使用遗传算法(genetic algorithm,GA)和反向传播神经网络(backpropagation neural network,BPNN)的方法构建代理模型,其能够准确反映构造参数耗能性能指标和构造参数之间的繁复关系。进一步地,循环更新GA-BPNN代理模型并结合非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm-II,NSGA-II),以最佳耗能能力为目标,实现在全设计空间内的寻优,确定在典型阻尼介质黏度下双出杆混合式黏滞阻尼器的最优构造参数。最后,探讨了构造参数对黏滞阻尼器流动性能的影响机理。研究结果表明,优化双出杆混合式黏滞阻尼器构造参数在选用基于GA-BPNN代理模型的优化方法时,可有效提高计算效率且具有较高预测精度。从性能指标提升角度,全黏度下最优构造参数阻尼孔直径、活塞厚度、缸体内径和间隙宽度分别为1.31 mm、120.78 mm、199.87 mm、0.5 mm,相较于基准构造,最大阻尼力和能量耗材比分别提升33.8%和64.8%。该方法可为黏滞阻尼器构造参数优化及相关研究提供参考。

考虑泄漏和温度效应的黏滞阻尼器性能演变研究

黏滞阻尼器作为一种广泛使用的被动减振/震装置,其力学性能在全寿命周期内会发生演变。为探究其力学参数改变模式,揭示其性能演变机理,以油液泄漏和温度效应为主要影响因素开展了试验及仿真研究。首先,对不同漏油程度和环境温度下的黏滞阻尼器分别开展了滞回试验研究和黏温关系分析;其次,对黏滞阻尼器进行了流体动力学仿真,获得其性能演变规律;最后,建立了漏油与温度联合作用下黏滞阻尼器性能演变的力学模型,并对其进行了验证。研究结果表明,油液泄漏将导致滞回圈出现零力平台段,且平台长度与漏油比例成正比;温度升高会导致阻尼系数的减小,从而影响阻尼力峰值;所建立的性能演变模型能够较为精确地反映黏滞阻尼器力学性能的改变。

位移放大型黏滞阻尼装置的减震效果研究

为解决普通黏滞阻尼器性能在层间位移较小的结构或位置难以得到充分发挥的问题,提出一种基于杠杆原理将位移和速度放大的黏滞阻尼装置,该装置通过放大普通黏滞阻尼器两端的相对位移,进而放大相对速度,使阻尼器性能得以充分发挥,更好地达到降低结构地震响应的效果。以某实际工程结构为背景,通过SAP2000有限元软件建立有限元模型,分析原结构、附加普通黏滞阻尼器结构和附加放大型黏滞阻尼器结构在3条地震波作用下的地震响应。结果表明,在3条地震波作用下,相较于附加普通筒式黏滞阻尼器结构,附加放大型黏滞阻尼器结构的层间位移角和基底剪力降低幅度均较大,说明放大型黏滞阻尼器相较于普通黏滞阻尼器有更好的减震效果。

列车制动作用下悬索桥纵向运动及其黏滞阻尼器控制研究

列车的制动行为会对悬索桥的纵向运动产生影响,因此有必要对千米级大跨度铁路悬索桥在列车制动下的纵向运动进行研究。以一座主跨1060 m的大跨度铁路悬索桥为研究对象,采用数值模拟的方式探讨了列车制动作用下其梁端纵向运动的响应特性,并研究了黏滞阻尼器在控制纵向运动中的效果。首先介绍了该千米级大跨径铁路悬索桥的工程背景,以及基于ANSYS软件建立的有限元模型;然后介绍了大跨径铁路悬索桥纵向运动的加载求解方式,支座摩阻和黏滞阻尼器的有限元模拟方式,以及制动力的模拟方式;接着探究了不同制动位置、是否考虑支座摩阻力对悬索桥梁端纵向运动响应的影响;最后,研究了黏滞阻尼器的纵向运动控制效果,并进行了参数分析。研究结果表明:随着制动位置越接近下桥位置,纵向位移变化曲线形状越接近正弦函数形式;支座摩阻对列车制动作用下的梁端位移响应有一定的控制作用,对梁端速度响应控制效果不佳;采用黏滞阻尼器可以有效控制列车制动下的悬索桥梁端位移和速度响应;当采用阻尼系数为2500 kN(m/s)^(-α),阻尼指数为0.1的黏滞阻尼器时,控制效果最佳。

套索式黏滞阻尼器位移放大系数合理取值和布置优化

针对刚度较大、层间位移较小的超高层剪力墙结构,黏滞阻尼器采用套索布置在避难层中,其放大系数的取值和布置方式仍存在不足。套索连接是位移放大装置,通过放大阻尼器轴向行程来提高阻尼器的耗能能力。从几何分析的角度出发,对反向套索连接阻尼器的结构减振率和布置优化进行探讨:推导了反向套索连接阻尼器轴线最大位移的解析式,对比不同布置高度、不同放大系数的套索连接下结构的动力响应。当布置框架跨度过大时,通过设置悬挑桁架的反向套索连接,对比设置前后结构的动力响应。研究结果表明:套索系统效率与布置框架的高度、跨度有关,按角度确定的理论放大系数与结构减振率并不成正比。与原方案布置相比,优化布置后的结构减振率更高。优化方案在实际工程中均得到验证,即合理选取套索放大系数和布置方式能更大化地提高结构的附加阻尼比。

大跨度桥梁黏滞阻尼器破坏与耐久性研究

桥梁工程作为生命交通线的重要组成部分,保证其运营安全具有重要意义。为提高桥梁抗震能力设置的黏滞阻尼器系统,长期抗震性能受耐久性影响很大,存在过早破坏现象。利用统计对比方法,分析了不同结构类型桥梁阻尼器的工作状态,研究了可能造成阻尼器过早破坏和影响阻尼器耐久性的主要因素。结果表明,频繁且持续时间较长的交通荷载和风荷载是造成阻尼器过早密封失效的主要外因,而二者的累积叠加效应会加快疲劳破坏进程。在考虑桥梁减震需求和结构承受能力下,阻尼器设置数量越多,设计出力越大,对阻尼器长周期工作稳定性和耐久性越有利。

黏滞阻尼器参数对框架结构减震效率的影响研究

通过探究框架结构中黏滞阻尼器参数对结构减震效率的影响,进而研究黏滞阻尼器参数的优化问题。以某一框架结构为背景,采用非线性动力时程分析方法建立三维有限元模型,并以附加阻尼比、顶点位移降低率、基底剪力降低率和层间位移利用率等减震指标为研究对象。首先通过敏感性分析研究了不同黏滞阻尼参数对各指标的影响规律;然后基于响应面法拟合黏滞阻尼参数与各指标之间的关系模型,并通过F检验法和判定系数R 2评估拟合效果;最后建立关键减震指标的目标函数进而寻求最优参数。结果表明:传统的敏感性分析法很难综合考虑不同减震效率指标的共同影响;响应面法拟合精度高,可预测性好,可作为优化模型;考虑与黏滞阻尼器参数匹配的支撑构件刚度后,通过实际工程案例的实操证明了最优阻尼参数的可实现性。提出一套简便且易于操作的黏滞阻尼器参数优化设计方法,为框架结构减震设计提供重要指导。

黏滞与金属阻尼器协同工作于加固工程的减震性能研究

文章基于现有黏滞阻尼器和金属阻尼器的研究,以安徽某住院门诊楼实际加固项目为研究对象,提出单独布置黏滞阻尼器、单独布置金属阻尼器、混合布置黏滞与金属阻尼器的3种加固方案;开展各方案在多遇和罕遇地震下的动力时程分析,综合减震前后层间位移、最大加速度等参数,研究黏滞阻尼器和金属阻尼器协同工作减震性能的优劣;基于协同工作方案进一步分析加固后的能量耗散情况以及阻尼器滞回曲线,研究其在实际工程中的具体减震效果。结果表明:2种阻尼器同时应用于加固工程时,合理的混合布置方案对结构的减震效果有显著提升,并且可以利用2种阻尼器的耗能特性实现分阶段耗能,耗能表现优异。

基于时程分析方法的黏滞阻尼减震结构附加阻尼比计算研究

附设黏滞阻尼器后结构的附加阻尼比是进行减震结构设计的关键。基于目前计算附加阻尼比时应用得十分广泛的时程分析方法进行研究,首先从基本理论出发,分析基于特征向量法的快速非线性分析(FNA)方法、Ritz向量法的FNA方法、直接积分方法以及与3种计算方法对应的能量比法在附加阻尼比计算时所面临的主要问题及重要参数设置;然后通过一单自由度体系的振动台试验测试结果与各种计算方法的数值模拟结果进行对比分析,得到较为适合的附加阻尼比计算方法;最后将研究成果应用于实际工程结构,进一步验证所推荐方法和参数设置的正确合理性。研究旨在为今后广大一线减震设计工程师计算较为真实的附加阻尼比提供重要参考。

新型雀替式黏弹性阻尼器试验与力学性能分析

该文提出一种新型雀替式黏弹性阻尼器,为研究其构造形式的合理性和可行性,对5个新型雀替式黏弹性阻尼器进行了变形相关性、频率相关性以及疲劳性能循环加载试验,分析新型雀替式黏弹性阻尼器的耗能系数、等效黏滞阻尼比和骨架曲线等几项性能参数。研究结果表明:5个新型雀替式黏弹性阻尼器滞回曲线饱满,滞回性能较好,耗能能力较强,橡胶硬度为65°的试件累计耗能为2.343 kN·m;变形幅值对阻尼器的影响明显,随着变形量的增加,阻尼器的最大阻尼力和周期耗能逐渐增大,能量耗散系数和等效刚度逐渐减小;不同橡胶材料的新型雀替式黏弹性阻尼器试件的滞回曲线、等效黏滞阻尼比和骨架曲线形状基本一致;不同加载频率下,耗能系数和等效黏滞阻尼比分别在0.03962~0.04016和0.1260~0.1320之间,2个性能指标变化均较小,频率相关性较弱;疲劳加载后新型黏弹性阻尼器耗能系数衰减24.8%,等效黏滞阻尼比衰减25.4%,具有良好的疲劳性能,无明显的滞回曲线面积衰减和低周疲劳现象。

隔震层附加黏滞阻尼器对高层建筑基础隔震结构动力响应影响

隔震层附加黏滞阻尼器对高层基础隔震结构的动力响应影响研究较少。以某地医院15层病房楼为对象,选取隔震层附加黏滞阻尼器前后两种结构,进行三向地震动的弹塑性时程分析。结果表明,隔震层附加黏滞阻尼器后层间剪力增幅可达21.3%;首层层间位移角减小15%左右,中上部楼层层间位移角增加约4%左右;隔震层位移减小可达33.6%,可以有效降低隔震支座拉应力,但对压应力影响不明显。

黏弹性阻尼器的耗能比研究

黏弹性阻尼器是一种典型的被动控制装置,它可以通过黏弹性材料的剪切滞回耗能起到减小结构地震或风振响应的作用。本文采用阻尼器耗能占地震总输入能量比值(耗能比)评估黏弹性阻尼器的减震效率,相比采用水平位移比的评价指标更能直观地反映阻尼器耗能能力。本文采用Kelvin模型推导出结构弹性和弹塑性2种状态下附加黏弹性阻尼器耗能比计算公式,算例计算结果表明:推导的计算公式有很好的精度和准确性,可供工程设计使用。

既有RC框架建筑BRB与黏滞阻尼器加固抗震韧性对比分析

基于《建筑抗震韧性评价标准》(GB/T 38591—2020)中的评价方法,对高层框架结构的原结构、黏滞阻尼器加固结构以及采用防屈曲支撑(BRB)加固结构3种结构进行评估,比较3种结构的韧性评估结果。结果表明:黏滞阻尼器加固结构的修复费用比BRB加固结构修复费用低;黏滞阻尼器与BRB加固均可降低构件的损伤等级,从而降低修复时间,但黏滞阻尼器加固结构修复时间减少较为明显;黏滞阻尼器加固结构与BRB加固结构均降低了结构的损伤等级,从而大幅降低人员伤亡率,但黏滞阻尼器加固结构人员伤亡率减少较为明显。本研究结果可为高层框架结构加固方法的韧性评估比较和提升提供重要参考。