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。

结构动力分析阻尼模型研究

提出了结构动力时程分析修正的Ｒａｙｌｅｉｇｈ阻尼模型和一个基于单元特性的阻尼参数方法，可用于合理确定复杂阻尼结构的阻尼参数。工程应用实例表明，阻尼参数的计算对时程响应计算结果的影响是十分明显的，必须在分析结构体系振动特性的基础上慎重确定阻尼参数，以避免人为放大或滤掉主要振型，造成虚假的结论。

基于单元模态应变能灵敏度的结构损伤统计识别

基于单元模态应变能灵敏度,采用概率统计的方法,提出一种同时考虑模型不确定性和测试噪声影响的损伤统计识别方法。首先,建立基于单元模态应变能灵敏度分析的结构损伤方程组,然后,通过摄动法推导出损伤结构刚度参数的统计特性,并运用损伤概率模型计算各单元的损伤存在概率。最后,用一简支梁数值模拟算例验证了该方法的有效性。研究结果表明:损伤概率越大,表明存在损伤的可能性越大;损伤单元的损伤存在概率大于非损伤单元的损伤存在概率;随着损伤程度的增加,损伤存在概率不断增加,而随着噪声水平的增加,损伤存在概率减小。

一种多目标传感器优化布置方法及其应用

为解决复杂结构损伤识别中的传感器优化布置问题,以某发射台为研究对象,提出了一种多目标传感器优化布置方法(multi-objective optimum sensor placement,简称MO-OSP)。从结构运动方程出发,推导了同时具有各自由度模态独立性信息、损伤灵敏度信息以及运动能量信息的综合信息矩阵。根据信息熵原理,以协调灵敏度矩阵条件数最小和信息矩阵最大为目标,构造了能够兼顾算法敏感性和鲁棒性的目标函数,进而实现测点优选。采用多个评价准则和损伤识别实例,将所提方法与已有的3种典型传感器优化布置方法进行了对比分析。结果表明,提出的MO-OSP方法能充分满足模态线性独立和损伤敏感性,还具有较强的抗噪声性能,是解决复杂结构损伤识别中传感器优化布置问题的有效方法。

基于模态应变能及灵敏度分析白车身模态优化

白车身优化过程中,由于板件较多,直接使用模态灵敏度分析的分析对象多且计算量大。本文引入模态应变能分析方法,从而减少模态灵敏度分析对象,提高优化效率。基于模态试验验证的有限元模型,选取模态应变能分析的一阶模态振型下的薄弱位置,缩小模态灵敏度分析的板件范围,再根据灵敏度分析结果对板件厚度进行调整,提高白车身一阶模态频率。最终结果表明,优化后一阶模态频率由15.75Hz提高到了16.50 Hz,同时白车身质量未增加,实现了白车身模态性能提升的同时车身不增重。

高压输电铁塔地震时程响应分析

为研究不同输电铁塔模型在地震作用下的响应,运用ANSYS建立1D2-SZ2型铁塔刚架和梁桁三维模型,通过模态分析得到结构阻尼系数,选取2种不同自然地震波,采用地震波x方向和y方向加速度单向输入和时程分析法得到铁塔在7.1和6.9度烈度下的节点位移和塔材应力。结果表明:刚架模型与梁桁模型相比,在地震作用下塔顶节点位移响应趋势和最大位移值相差不大,主材应力偏大,斜材应力偏小,辅材最小应力位于塔身;地震波x方向输入时,最大位移值出现在梁桁模型,y方向输入出现在刚架模型;铁塔在两种地震波作用下,最大应力均位于塔身主材,但应力值都未超过材料屈服极限。

模糊混合控制结构体系的弹塑性时程分析

根据模糊理论及抗震结构混合控制理论,利用MATLAB语言编制了一套能对被动调谐质量阻尼器(PTMD)及消能减震相结合的体系进行弹塑性时程分析的计算机程序。使用该程序对模型结构进行基于模糊的弹塑性时程分析,并与试验结果相对比,分析表明二者吻合较好。最后提出了PTMD及消能减震相结合的体系的实用设计方法,同时给出数值算例以证实该控制体系在降低结构地震反应方面的有效性。对推动结构控制理论的发展具有理论意义和实用价值。

基于能量平衡的建筑结构地震响应预测法基础研究

时程分析法作为获得结构地震响应值的有效手段之一,已经开始被工程界广泛采用,然而时程分析法有它的局限性。能量法是利用能量收支平衡概念,基于大量的数值解析结果构筑起来的一种抗震设计理论。介绍能量法的基本理论,并利用能量法和时程分析法对工程结构进行计算,比较其结果,最后得到一些有益的结论,可以为结构的抗震计算和设计提供参考。

基于能量原理的阻尼器隔震结构地震响应预测

建立在地震作用下设置阻尼器的基础隔震结构在最大地震响应时刻的能量平衡方程,给出了结构隔震支座和阻尼器的能量表达式,演算了基于能量平衡的设置阻尼器的基础隔震结构的地震响应预测式。选用人工地震波和天然地震波,利用时程分析法的解析值验证了地震响应预测式的精度,比较研究了仅设置粘性阻尼器和同时设置粘性阻尼器和滞回阻尼器的基础隔震结构的抗震性能。研究表明:对于不同的输入地震波,能量法的地震响应预测值包络了多数时程分析的结果,能较好地预测基础隔震结构的地震响应值。在基础隔震结构设计中,建议在隔震层同时设置粘性阻尼器和滞回阻尼器,粘性阻尼器的阻尼比在0.3～0.4之间。

消能减震结构的损伤集中分布研究

消能减震结构是一种应用前景非常广泛的结构抗震体系。利用能量平衡的原理,采用质点系振动模型,通过对建筑结构模型进行地震响应和能量耗散的时程分析,讨论了在结构中设置薄弱层即消能层,控制结构在地震中的损伤集中分布在结构消能层的理论可行性,研究了所布置阻尼器及结构薄弱层的参数对损伤的集中程度的影响。结果表明设置消能层能够集中损伤,并可以减少消能层上部主体结构的截面尺寸,达到节省建筑材料提高经济效益目的。

体外预应力自复位框架基于性能的抗震设计方法

体外预应力自复位框架通过设置铰接节点弱化结构整体抗侧刚度,减小输入到结构中地震能量,地震作用后利用钢绞线的弹性回复力进行自复位。在已有的理论分析和试验研究基础上,对体外预应力自复位框架结构的抗震设计方法进行了研究。确定了体外预应力自复位框架结构的抗震性能水准、多道防线的布置以及抗震设计流程。以一个三层三跨体外预应力自复位框架为例进行了基于性能的抗震设计,采用有限元程序进行动力时程分析,输入3条地震波模拟结构经历设计烈度地震、罕遇地震的动力响应。分析结果表明:体外预应力自复位框架结构在罕遇地震作用下,最大层间位移角满足设计要求的性能目标,验证了基于性能抗震设计方法的有效性,同时表明体外预应力自复位框架结构具有良好的自复位能力和优异的抗震性能。

基于能量分析强震持时指标的选择

基于能量结构地震弹塑性分析过程中,地震记录的强震持时是影响结构能量需求的重要指标。利用拟合设计反应谱的人工地震记录、对实际记录进行调整后与设计谱相匹配的地震记录以及实际地震记录,对不同滞回模型和不同自振周期的弹塑性单自由度结构体系以及按现行规范设计的12层钢筋混凝土框架结构进行弹塑性时程分析。通过分析5种不同类型的强震持时指标与结构总输入能、滞回耗能、阻尼耗能以及构件耗能之间的相关性,得到了与结构能量响应相关性较高的强震持时指标。结果表明,一致持时指标与各能量项之间的相关性较高,因此,进行能量分析时可选择一致持时作为参考指标。

同时附加位移和速度相关型阻尼的钢框架结构设计方法研究

在地震作用下,多高层钢框架结构主要发生剪切型变形,下部楼层相对位移较大,故应在下部楼层附加位移相关型阻尼器(如金属阻尼器)。下部楼层附加金属阻尼器后对结构进行地震反应时程分析,可知上部楼层的层间速度明显大于下部楼层,因而可以在上部楼层附加速度相关型阻尼器(如黏滞阻尼器),如此就得到同时附加位移和速度相关型阻尼的钢框架消能减震结构。本文通过数值分析首先阐明同时附加位移和速度相关型阻尼的设计思想以后,介绍了基于等效线性化理论和减震性能曲线的消能结构设计方法,并利用此方法研究了结构同时附加金属阻尼器和黏滞阻尼器的消能减震结构设计方法。结果表明,该结构减震效果比仅附加金属或仅附加黏滞阻尼结构的减震效果要好。

液体粘滞阻尼器减震结构功率谱密度分析方法

为了弥补现有消能减震结构地震反应分析方法的不足,本文针对将功率谱密度函数应用于消能减震结构地震反应及可靠度分析提出了实用方法。根据功率谱密度分析方法的原理,结合结构地震作用下最大反应概率估计的方法,采用SAP2000建立了附加液体粘滞阻尼器结构的有限元模型,分别用传统方法和基于功率谱密度分析的方法进行了结构的地震反应及可靠度分析。结果表明:相对于振型分解反应谱法,由功率谱密度分析方法得到的附加液体粘滞阻尼器结构的地震反应分析结果与时程分析法更为接近;用功率谱密度分析方法可以方便地对结构地震作用下最大反应的概率做出估计,可用于结构地震可靠度的计算。

阻尼器在消能减震结构中的应用

介绍了在建筑结构中常用的两种阻尼器(液体粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器)的消能减震,利用时程分析法介绍了阻尼器在消能减震结构中的计算.包括这两种阻尼器的工作计算模型和工程应用实例。

基于能量原理的外钢框架-内剪力墙结构地震响应预测法

利用能量法研究了外钢框架-内剪力墙结构的地震响应.文中设计了一个钢框架结构,将其中跨满布剪力墙,得到外钢框架-内剪力墙结构.对其进行简化,并利用能量法和非线性动力时程分析法对其进行地震响应分析.结果表明,能量法预测的外钢框架-内剪力墙的地震响应与非线性动力时程分析法的计算结果相差不多,可以为实际工程提供参考.

交错桁架多层钢结构多模态推倒分析方法研究

与能力谱法等传统推倒分析方法相比,多模态推倒分析考虑了高阶模态对结构地震反应的影响,能更准确地评价多、高层结构的抗震性能。本文以El-Centro波为地震输入,采用多模态推倒分析方法对交错桁架多层钢结构在罕遇地震作用下的地震反应进行研究,确定结构顶点侧移、层间侧移及塑性铰分布,并与相同地震波作用下弹塑性时程分析及能力谱法分析结果进行比较。多模态推倒分析结果与弹塑性时程分析吻合较好,能准确地评价交错桁架多层钢结构的抗震性能。对层间侧移及塑性铰分布的预测,多模态推倒分析比能力谱法更为准确。

大跨度斜拉立体桁架的水平地震反应分析

大跨度斜拉立体桁架是一种频谱密集周期较长的杂交结构体系,以该结构的两塔三跨和一塔两跨两种体系为对象,研究了通过控制振型参与质量贡献率来确定采用振型分解反应谱法分析时参与组合所需的振型数,探讨了水平地震反应分布规律,并进行了时程分析。研究表明:地震反应振型组合需取前20阶振型具有足够的精度,桁架最大竖向位移和塔顶水平位移及桁架和索的内力反应不大,而塔根的内力反应较大,设计时应给予足够重视。对一塔两跨体系,时程分析结果比振型分解反应谱法分析结果普遍偏大,该结构体系在设计时应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算。

设置软钢阻尼器的钢框架消能减震性能研究

通过在钢结构模型楼层设置软钢阻尼器,采用质点系模型和自编时程分析法程序,讨论了阻尼器设置参数与楼层动力响应值减震效果之间的关系,分别研究了楼层和阻尼器的塑性能与阻尼器有效刚度之间的关系.结果表明:层间最大位移角的减震效果最好,且有控楼层要好于无控楼层;最大速度和最大加速度的减震效果与阻尼器设置参数、输入地震动有关;随着阻尼器有效刚度的增大,有控楼层的楼层最大剪力降低,楼层的塑性能减少,阻尼器的塑性能增多且幅度下降.

基于等效线性化理论的消能减震结构附加金属阻尼确定方法

本文采用等效线性化理论研究消能减震结构附加金属阻尼的确定方法。利用等效线性化理论,演算推导出附加金属阻尼器的消能减震结构的减震性能曲线,并介绍利用其进行消能减震结构附加金属阻尼的确定方法—减震性能曲线法。建立30层钢框架结构消能减震结构模型,利用减震性能曲线法对其附加金属阻尼量进行确定。利用时程分析法验证了利用减震性能曲线法设计的消能减震结构的减震性能。研究表明,减震性能曲线法能够较好的预测消能减震结构附加金属阻尼的减震性能,减震性能曲线法的设计效果优于屈服强度倍数法。