MRD与滑移隔震混合控制结构及其优化设计

为了改善滑移隔震结构的减震效果和适用范围,提出3种磁流变阻尼器(MRD)与滑移隔震混合方案,建立了MRD与滑移隔震混合控制结构的动力分析模型,对6层MRD与滑移隔震混合控制结构进行地震反应分析。MRD与滑移隔震混合结构的3种混合方案的相对加速度峰值、相对速度峰值、相对位移峰值和层间剪力峰值分别比滑移隔震结构有不同程度的降低,而混合方案3的控制效果更加明显。在此基础上,建立了MRD与滑移隔震混合结构优化设计模型,采用IHGA程序对结构进行优化设计。结果表明,MRD与滑移隔震混合结构的各项地震反应均得到了更好地控制。     

带支撑Maxwell阻尼器耗能隔震结构的随机风振响应分析

对设置带支撑Maxwell阻尼器的高层耗能隔震结构的随机风振响应进行了研究。建立结构运动方程,基于传递函数法及随机振动理论,获得结构基于Davenport谱激励下位移和阻尼器受力响应方差,并将其分解为系列标准振子的线性组合,得到结构随机风振响应的解析表达式、阻尼器受力的随机响应、等效风荷载取值,从而建立了带支撑Maxwell阻尼器高层耗能隔震结构的随机风振响应解析分析方法。算例分析表明:支撑刚度对阻尼器的减震效果有着较大的影响,以上部结构风振位移响应为例,阻尼器的支撑刚度为1倍隔震层刚度比支撑刚度为0.001倍隔震层刚度的位移响应减小了30%左右。所获得的解析解对耗能隔震结构的设计和阻尼器的参数优化设计具有重要的意义。     

多维地震作用下高层结构振动混合控制研究

针对水平和竖向地震作用下高层建筑结构的混合振动控制问题,研究调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)体系、隔震结构体系、隔震与TMD混合控制体系3种策略对水平与竖向地震共同作用下结构振动响应的减振效果。选取典型的20层钢结构Benchmark结构模型,利用ANSYS软件建立带有TMD和隔震层结构的有限元模型,比较了结构在水平地震单独作用下与水平和竖向地震共同作用下的振动响应。结果表明,水平方向上的振动响应无明显变化;竖直方向上,有控状态下的减振指标相对于无控状态出现了增大现象,尤其是层间隔震结构增大较为明显。研究成果可为高烈度区高层隔震结构设计提供参考。     

基于性能的基础隔震结构地震易损性分析

对基础隔震结构进行基于性能的易损性分析。首先,建立了基础隔震结构基于拟力法的能量方程,提出基于变形和隔震层塑性耗能的损伤指标,定义隔震结构的四个损伤性能状态;然后,对隔震结构进行动力非线性分析,计算得到两种损伤指标的损伤值;最后,对损伤值进行线性统计回归分析,推导出结构发生各级破坏的概率计算公式,从而分别得到隔震结构基于两种损伤指标的易损性曲线。研究表明,基于隔震层塑性耗能的损伤指标更能合理反映该结构的损伤程度,为基于性能的隔震结构易损性分析提供了新的思路和方法。     

基于胡聿贤谱的带支撑广义Maxwell阻尼隔震结构随机响应分析

工程中通过设置支撑将阻尼器和建筑结构连接, 但常为了简化分析, 将支撑的水平刚度看成无穷大, 即不考虑支撑对耗能结构随机地震响应的影响. 实际上, 考虑有限水平刚度的支撑对耗能结构响应的影响更加符合工程实际, 为考虑支撑影响的广义Maxwell耗能隔震结构在胡聿贤谱地震激励下的响应分析, 提出一种求解随机地震响应的简明解析解法. 将带支撑广义Maxwell阻尼器等效本构关系、隔震结构运动方程以及胡聿贤谱滤波方程联合组成非经典阻尼系统, 运用复模态法对该非经典阻尼系统解耦, 通过不同响应模态获得耗能隔震系统系列响应基于白噪声激励的Duhamel积分表达式; 利用Dirac函数的性质, 将系统系列响应协方差简化为无积分运算的表达式, 根据功率谱密度函数与其协方差函数的Wiener-Khinchin关系, 得到耗能隔震系统系列响应功率谱和地面加速度功率谱, 基于随机振动理论中谱矩的定义, 得到耗能隔震系统系列响应0 ~ 2阶谱矩. 算例通过与虚拟激励法对比分析, 验证所提方法在该耗能隔震系统分析的正确性和高效性, 并讨论了不同支撑刚度对阻尼器减震效果的影响.      

多层隔震结构地震作用取值的解析分析法

为建立多层隔震结构等效静态抗震设计法,对该结构基于规范反应谱的最大地震效应及其等效静态地震作用取值的解析分析法进行了系统研究。首先运用实振子解耦法,将非对称非经典隔震结构响应精确分解为系列标准振子位移与速度响应的线性组合;继而根据随机振动频域法和响应方差与最大响应平方成正比的性质,将结构位移的响应方差及最大响应平方精确分解为系列标准振子位移与速度响应方差及反应谱平方的线性组合,精确获得了隔震结构基于规范加速度谱的最大地震效应;最后基于静态效应与最大动态效应的等效准则,给出了基于最大位移响应的等效地震作用的新定义及其取值的解析计算法,使新定义的地震作用精确满足等效准则,并通过算例,验证了所提出方法的正确性。所建立的方法基于响应精确解耦和方差精确分解以及等效准则精确满足,属精确解析法,具有一般性,较基于响应近似解耦和方差近似分解以及等效准则近似满足的现有地震作用(即最大惯性力)计算方法更科学合理。     

设置连接阻尼器的相邻结构随机地震动响应的简明封闭解

针对两相邻结构间设置连接阻尼器对结构的减震影响问题,研究了基于Kanai-Tajimi谱地震动激励下的Kelvin型粘弹性阻尼器与相邻结构形成的组合体系的随机地震动系列响应(绝对位移及层间位移)的简明封闭解。首先,利用Kelvin型粘弹性阻尼器本构关系及Kanai-Tajimi谱的滤波方程,将组合体系基于复杂地震动激励精确转化为基于简明白噪声激励的运动方程;其次,利用复模态法获得了组合结构相对于地面的绝对位移、层间位移等系列响应方差及0阶~2阶谱矩的统一简明封闭解。最后,通过算例及与虚拟激励法进行对比,证明本文方法的正确性和简明性;通过与未设置阻尼装置结构体系的动力响应对比,说明了阻尼装置对相邻结构具有良好的减震效果,但局部楼层的层间位移及层间剪力会有所增加。     

建筑基础隔震的动力分析法

近年来,基础隔震的试验研究,已引起许多国家重视,本文从能量和动力分析的角度来探讨摩擦隔震层的力学特性,使隔震层符合房屋结构的减震要求.     

双凹摩擦摆隔震烟风道结构地震响应

传统烟风道板式滑动支座可减少道体热胀冷缩时的摩擦阻力,但抗震耗能能力不足,缺少变形后的复位能力,且会约束道体的转动而可能导致结构破坏.将摩擦摆隔震支座用于烟风道,可同时具有热滑移、隔震功能,允许道体在温度作用下自由转动.本文对烟风道采用双凹摩擦摆中间隔震的结构体系地震响应进行了研究,建立了横向地震作用下简化的三自由度地震响应分析模型,其中双凹摩擦摆采用三线性滞回模型,推导了一阶状态空间微分运动方程.该模型的分析结果与有限元实体模型分析结果非常接近.利用简化模型研究了不同场地类别、不同强度地震激励作用下双凹摩擦摆的恢复力特点及隔震效果,结果表明:与非隔震结构相比,双凹摩擦摆隔震的烟风道的道体反力、支架剪力均得到了控制.     

冰载荷下不锈钢复合板挠度特性分析

以复合板中面的挠度响应作为不锈钢复合板抗冲击性能的评价指标,基于能量法和经典层合板理论,考虑层间结构参数设计,通过横向载荷下的弯曲平衡微分方程,建立冰载荷下不锈钢复合板挠度响应简化解析模型。该分析模型将整个动态响应分析过程分为冰载荷计算分析和动力学方程求解两个阶段。分析了冰载荷模型的面倾角、冲击速度和碰撞位置对冰载荷的影响,确定极端工况参数,汇总接触面的节点力数据;分析了层厚比对挠度响应的影响规律;基于LS-DYNA有限元仿真以及数值算例分析,对比挠度响应仿真结果和解析计算值,验证了本文简化解析模型的准确性,研究结果对不锈钢复合板抗冲击性能分析和评估具有一定的参考价值。     

基于功能的基础隔震结构一体化优化设计

“投资-效益”准则作为基于功能的抗震设计的一个基本原则，反映了现代结构抗震设计思想的一个重要转变，即从以往只注重结构安全，向全面注重结构的功能、安全及经济等诸多方面发展。本文根据“投资-效益”准则，建立了基于功能的基础隔震结构一体化优化设计模型，其中目标函数考虑了结构生命周期内的总造价，包括结构初始造价和不同发生概率的大震、中震、小震作用下的结构损失期望，约束条件包括隔震层水平位移、上部结构层间变形等，优化过程中同时对上部结构截面尺寸和隔震器参数进行优化。算例表明，本文建立的基于功能的隔震结构优化模型是合理可行的，可为实际隔震结构的优化设计提供参考。     

地下爆炸冲击波引起的基底滑移隔震建筑的动力响应

对埋置在土体中的圆形衬砌内发生意外爆炸引起的附近地表的滑移隔震建筑 (考虑了土 结构相互作用 )的动力响应进行了研究。在土 结构相互作用分析中 ,分别采用有限元、无穷元和集中质点体系建立了衬砌周围的有限土区、四周的无限土区以及基底滑移隔震建筑的计算模型 ;在基底滑移隔震分析中 ,提出了用连续摩擦力模型取代传统的库仑摩擦力模型 ,避免跟踪啮合滑移的过渡边界并可减小计算误差。通过数值模拟 6层基底滑移隔震建筑在遭受地下爆炸冲击波作用且考虑土 结构相互作用所产生的动力响应 ,分析了基底滑移隔震效果以及不同隔震参数对隔震效果的影响 ,为相关的理论研究和工程实践提供了依据。     

半刚接钢框架的动力分析

推导了半刚接钢框架动力有限元的质量矩阵和刚度矩阵．建立了具有不同节点初始刚度的半刚接多层钢框架及相应刚性框架的计算模型．采用ANSYS软件进行数值模拟分析，研究了节点刚度对结构自振频率的影响以及结构在谐振荷载作用下的响应，对地震波激励下的结构进行了时程分析．分析结果表明不半刚接框架节点的柔性对结构自振频率产生较大的影响，节点柔性越大，结构自振频率降低也越大，结构的抗震设计应考虑节点柔性的影响；半刚接钢框架顶点位移和柱底剪力时程曲线在地震波激励时间内表现出良好的稳定性，柔性连接可以代替刚性节点用于抗震区的钢框架设计中．     

Improved suboptimal Bang-Bang control of aseismic buildings with variable friction dampers

One of the challenges in civil engineering is to find an innovative means of suppressing the structural vibration due to earthquake and wind loadings. This paper presents an approach for effectively suppressing vibrations of a structure with variable friction damper using a new Bang-Bang control input. A continuous function of story velocities is used to represent the improved control to reduce chatter, high frequency switching and avoid instability. With a genetic algorithm, the amplitudes of control and preloading friction forces individually prescribed in the controller and damper are optimized for enhancing the seismic performance of buildings. The control strategy for the friction damper is proposed to for three story building with one variable friction damper installed at the first story for seismic reduction. The numerical results indicate that a better reduction of peak response accelerations of floors can be achieved than those of the unmodified controller, and the adaptability of the control system is also improved greatly by comparison with the reduction ratios of the structural response energy excited by different earthquake intensities.     

Performance analysis of a nonlinear inerter-based vibration isolator with inerter embedded in a linkage mechanism

This study presents an inerter-based nonlinear vibration isolator with geometrical nonlinearity created by configuring an inerter in a diamond-shaped linkage mechanism. The isolation performance of the proposed nonlinear isolator subjected to force or base-motion excitations is investigated. Both analytical and alternating frequency-time harmonic balance methods as well as numerical integration method are used to obtain the dynamic response. Beneficial performance of the nonlinear isolator is demonstrated by various performance indices including the force and displacement transmissibility as well as power flow variables. It is found that the use of the nonlinear inerter in the isolator can shift and bend the peaks of the transmissibility and time-averaged power flow to the low-frequency range, creating a larger frequency band of effective vibration isolation. It is also shown that the inertance-to-mass ratio and the initial distance of the nonlinear inerter can be effectively tailored to achieve reduced transmissibility and power transmission at interested frequencies. Anti-resonant peaks appear at specific frequency, creating near-zero energy transmission and significantly reducing vibration transmission to a base structure on which the proposed isolator is mounted.

     

古木塔风压模型试验分析

对应县木塔进行了各层各面瓦顶、斗拱带、柱间带的风压体型系数的测定，同时又对木塔整体进行了压力及其底力矩的实验测定，根据实验提供的数据，对木塔实体分别按两种风速和开窗与封闭两种状态，计算了各部位的风压值，给出了各层风压剪力及弯矩，并对各面的瓦顶、斗拱带及柱间带的风作用特征作了分析。     

LIMIT STATE DETERMINATION FOR A SUBWAY STATION STRUCTURE BY INCREMENTAL DYNAMIC ANALYSIS1)

-5 表征地下结构抗震性能的研究不多,而性能化设计方法需要确定结构物在地震作用下的极限状态. 本文根据地铁车站特点,从结构变形性能和止水性能两个方面定义了抗震性能的四个极限状态,并以结构最大层间位移角 作为特征指标. 以上海某多层地铁车站为背景,建立了土--结构二维有限元模型,采用增量动力分析法 研究该类结构的抗震极限状态,建立了增量动力分析法的地震动强度指标结构底部峰值加速度与结构性能指标最大层间位移角 的关系曲线,给出了该地铁车站结构4个极限状态的最大层间位移角界限值.     

Optimization analysis on parameters of multi-dimensional earthquake isolation and mitigation device based on genetic algorithm

Parameter optimization analysis on the multi-dimensional earthquake isolation and mitigation device (MEIMD) installed in reticulated structures is carried out in this study. First, optimization parameters and constrain conditions are determined in accordance with the characteristics of MEIMD, and an object function is derived from the energy equation. Then, the genetic algorithm is used to realize parameter optimization of the MEIMD added in a cylindrical reticulated shell. Finally, in order to verify the effectiveness of the proposed optimization method, dynamic responses of structures without devices, with devices possessing random and optimal parameters are compared, and the sensitivity to the earthquake excitations of the optimization method is studied. It can be concluded that dynamic responses of the structure decrease obviously when adding the MEIMD, and a better seismic reduction effect can be reached when the MEIMD is designed optimally in accordance with the optimization method, and different earthquake excitations have slight influence on the optimization results.     

The impact of the concave distribution of rolling friction coefficient on the seismic isolation performance of a spring-rolling system

A complex yet realistic nonuniform rolling friction force distribution of a spring-rolling isolation system could lead to great complexity in determining its seismic response. This paper investigates the isolation performance of a spring-rolling isolation system assuming that the rolling friction force gradually and linearly increases with the relative displacement between the isolator and the ground. A series of ground motions with different characteristics were applied to this system. The analysis results show that the considered concavely distributed friction force is capable of dissipating the earthquake energy, and it is also able to modify the structural natural period. These merits combined help to improve the isolating efficacy of the spring-rolling isolation system compared with scenarios with uniform distribution pattern, and more importantly lead to a relatively optimum isolation state, avoiding a sudden amplification of the structural seismic response, regardless of the input motion characteristics.