线性粘滞阻尼耗能框架结构地震反应分析与优化

振动方程阻尼矩阵对于布置了阻尼器框架结构的振型不再具有正交性,传统的振型解耦法已不再适合于该振动方程的求解。本文采用状态方程直接积分法,研究了线性粘滞阻尼耗能框架结构的地震响应,并与SAP2000有限元软件的分析结果进行了对比,两者误差在5%以内;本文也探讨了阻尼器布置方式对框架结构地震响应的影响。结果表明:减震结构布置阻尼器的楼层,其层间位移角减小较显著;但未布置阻尼器的楼层,其层间位移角较大,甚至会出现层间位移角超过传统抗震结构相应值的现象,因此粘滞阻尼器在结构中应连续布置,不宜在结构中间断;当粘滞阻尼器在结构各楼层均匀布置时,结构各楼层最大位移反应相对传统抗震结构降低很多,约为抗震结构的20%~40%,减震效果较显著,但各楼层阻尼系数可根据均匀布置阻尼器的结构层间位移角优化;阻尼系数优化后,结构各楼层层间位移角差别减小,较为均匀。本文最后提出了线性粘滞阻尼耗能结构地震作用的实用计算方法。     

任意荷载作用下液体粘滞阻尼器在桥梁工程中减震作用探讨

在桥梁工程中，当需要限制梁端的碰撞或过大的相对位移，经常会在梁端设置液体粘滞阻尼器。由于技术原因，液体粘滞阻尼器在桥梁设计中的参数选取基本上是通过全桥模型的地震非线性时程分析得到的。而在寿命期内，桥梁需要承受各种随机荷载，在具有不同力学特性荷载的激励作用下引起梁端纵向大的响应时，液体粘滞阻尼器是否始终起有利的减震作用，一直困扰着其在桥梁工程中的实践。在液体粘滞阻尼器力学特性研究的基础上，通过矩阵变换得到关于阻尼器的局部动力方程，从变形和受力两个方向对此问题进行探讨，得到液体粘滞阻尼器对于梁端的相对位移、相对速度、相对加速度均有减震作用。但不会得出始终对所有构件的受力有利的结论，并进行了验证。     

山区铁路高墩大跨刚构-连续梁桥减震研究

山区高墩大跨刚构-连续梁桥结构比较特殊,其地震反应复杂,合理的减震设置对控制地震反应尤为重要。以一座(78+3×134+78)m刚构-连续梁桥为研究对象,运用非线性时程分析法进行计算。通过在活动墩和桥台分别设置减震装置,探讨减震效果,基于最佳的减震设置,进行考虑桥台损伤对结构减震的影响分析。结果表明:桥台处设置粘滞阻尼器既可保证活动墩内力不增加,亦可显著降低刚构墩的内力;无论是桥墩还是桥台,布置摩擦摆支座的减震效果不及布置粘滞阻尼器;桥台损伤对减震有一定的影响,双侧桥台损伤和近刚构墩桥台损伤对刚构墩减震效果影响显著,使得地震内力放大3倍左右,近活动墩侧桥台破坏则对其影响较小;在刚构-连续梁桥的桥台减震设计中应重视刚构侧桥台的设计,确保近刚构墩侧桥台的线刚度达到10~6kN/m,远离刚构墩侧桥台线刚度达到10~5kN/m,实现桥台减震设计的可靠性。     

粘滞阻尼器减震结构非线性随机振动的时域显式降维迭代随机模拟法

粘滞阻尼器在大型复杂结构减震设计中应用广泛。由于粘滞阻尼器的非线性阻尼力特性,粘滞阻尼器减震结构非平稳随机地震反应分析是一个典型的局部非线性随机振动问题。利用减震结构动力响应时域显式表达式的降维列式优势,仅针对与粘滞阻尼器相关的局部自由度进行非线性迭代计算,提出了局部非线性随机振动问题的时域显式降维迭代随机模拟法,为设置粘滞阻尼器的大型复杂减震结构非线性地震反应分析提供一种高效的随机振动方法。以安装了四个纵桥向粘滞阻尼器的某主跨1200m悬索桥为工程实例,开展E2水准地震激励下的非线性随机振动分析。计算结果显示,设置阻尼器后,主梁的纵桥向位移得到明显控制,降幅达到80%,大桥的关键截面内力也有5%左右的降幅。     

粘滞和粘弹性阻尼器减震结构的随机响应特性

利用积分型本构关系,针对带支撑任意线性粘滞和粘弹性阻尼器单自由度耗能结构,建立了微分和积分混合地震响应方程;基于随机平均分析法,推导出耗能结构振幅与相位瞬态联合概率密度函数、位移与速度瞬态联合概率密度函数、位移与速度瞬态响应方差、振幅动力可靠性、振幅首超时间任意阶统计矩的一般解析解;给出了带支撑广义Maxwell阻尼器和广义微分模型阻尼器耗能结构上述各种随机响应特性,从而建立了带支撑任意线性粘滞和粘弹性阻尼器单自由度减震结构的各种随机响应特性分析的统一解析解法。     

设置反拱加固的拱结构力学性能研究

提出了一种设置反拱结构的拱桥加固方法,该方法是通过在主拱圈拱肋下方设置反拱,在反拱和拱肋之间用竖杆相连,并通过抗弯预埋件和抗剪锚栓把反拱的拱脚和拱肋连接,使反拱结构和原主拱圈共同形成结构受力体系。本文基于有限元参数分析方法,通过设置6个不同参数:拱的矢高f1、拱的拱轴系数m1、反拱的矢高f2、反拱的拱轴系数m2、反拱与待加固拱的等效半径比i、反拱纵向长度与待加固拱的总跨径的比值Kr,以考虑不同拱桥、反拱结构参数对原拱桥关键截面内力、跨中挠度及整体屈曲系数的影响。基于大量计算数据的参数拟合,分别获得跨中弯矩、跨中挠度、拱脚弯矩、拱脚推力、整体屈曲系数的拟合表达式。通过对拟合数据的分析,获得了反拱加固的拱桥结构力学特性的相关变化规律。最后对一个100m跨径拱桥进行加固计算分析,结果表明:本文提出的加固方法不但可以显著提高待加固桥梁的整体刚度与稳定性,而且可有效地降低主拱关键截面的内力。     

多自由度Maxwell阻尼器减震结构(Ⅰ)——随机响应特性

对多自由度带支撑Maxwell粘滞阻尼器减震结构的随机响应特性进行了系统研究。建立了结构一般运动方程;将运动方程按原结构振型展开,将运动方程化为振型广义坐标的微分和积分混合地震响应方程组;基于多自由度随机平均法理论,获得了结构随机平均It方程组的解析式,推导出耗能结构各振型振子的振幅与相位瞬态联合概率密度函数、位移与速度瞬态联合概率密度函数、位移与速度瞬态响应方差的一般解析解;根据SRSS组合方法,给出了耗能结构随机地震响应方差的一般解析式,从而建立了此类耗能结构随机响应特性分析的完备解析解法。     

桩-土-结构相互作用对大跨度斜拉桥地震响应的影响

土层条件对结构在地震作用下的破坏有很大影响。本文旨在对考虑桩-土-结构动力相互作用(PSSI)对大跨度斜拉桥地震响应造成的影响进行评估。文中将桩-土相互作用理想化为采用连续分布的水平弹簧和粘滞阻尼器的Penzien模型,并用ANSYS有限元分析软件对苏通大桥整体模型进行地震响应时程分析来研究PSSI的影响。可以看出,PSSI对苏通大桥地震响应有显著影响,如果忽略PSSI效应,大部分响应将被低估。     

半主动摩擦阻尼器的模糊次优Bang-Bang控制

结合Takagi-Sugeno型模糊逻辑和次优Bang-Bang控制,提出了一种新的控制算法一模糊次优Bang-Bang方法.将该方法应用于半主动摩擦阻尼器的结构控制,对其减震效果和适应性进行了研究.数值结果表明,本文提出的方法不仅能有效地减小结构的地震响应,而且对不同强度的地震动有较强的适应能力.     

拱脚结构的模型实验与有限元分析

本文应用环氧树脂材料浇铸成某大跨度桥梁预应力拱脚模型,采用精密铸造成型方法做出模型中的四条索道孔。用自行研制的传感器施加四条模拟钢索的索力,通过专门设计的加载装置,使用精确的滑轮导向,在5个截面上分别施加剪力Q、弯矩M和轴力N,并考虑自重载荷,进行了电测模型实验。应用ANSYS软件对拱脚实际结构进行了有限元分析,根据模型实验时索与索道孔壁的接触情况建立了力的边界条件,使有限元计算与真实情况接近,计算误差大为减小。同时将实验与有限元分析结果进行了比较,变化规律一致,数值较为接近。对拱脚的优化设计提供了重要的参考依据。     

附设黏滞阻尼器的装配式悬臂挡土墙动力响应研究

为提高装配式悬臂挡土墙抗震性能,将黏滞阻尼器附设在装配式悬臂挡土墙上,形成一种新型装配式悬臂阻尼挡土墙,通过黏滞阻尼器耗散地震能量达到减震目的。为研究该新型挡土墙的动力响应,采用ABAQUS软件,建立了两组三维有限元对比模型,一组为无滑体的阻尼悬臂挡土墙及对比模型,另一组为包含滑坡体的新型阻尼挡土墙及对比模型。对模型施以Vrancea地震波,研究了附设黏滞阻尼器的装配悬臂挡土墙抗震性能,并进行参数分析,讨论了混凝土强度、装配尺寸、阻尼器关键参数对其力学性能的影响。结果表明:附设黏滞阻尼器的装配悬臂挡土墙相较于对比模型,立板最大荷载减小约50%,最大应力减小约60%,立板最大水平位移由6.69mm减小至1.24mm,抗震性能显著提高;随着立板厚度、阻尼系数的增大,附设黏滞阻尼器的装配悬臂式挡土墙抗震性能有所提高,而混凝土强度、阻尼指数需要合理选择。     

矩形截面高层建筑横向风激励时程模拟

提出了一种改进的矩形高层建筑横风向脉动激励模拟方法。从牛顿第二定理出发,将沿建筑高度分布的横风向加速度和楼层质量转化为沿楼层高度分布的横风向惯性力计算公式;考虑横风向力谱竖向相干函数,由此导出了沿建筑高度方向分布的横风向脉动力互谱,进而采取谐波合成法模拟出了沿建筑高度分布的横风向脉动力时程数据。结果表明:横风向振动响应与结构固有频率相关,结构前2阶模态频率所对应的横风向加速度响应功率谱约占80%,且第2阶模态频率占主导;当在结构2/3高度增加粘滞阻尼器时,第2阶模态频率所对应的结构加速度功率谱值降低约为43.1%,减震效果明显。因此,结构横风向加速度分析至少考虑前2阶模态的影响。     

子弹撞击作用下固支浅圆拱的弹塑性动力响应

基于大变形动力学微分方程并利用有限差分离散分析,研究了子弹撞击作用下固支浅圆拱的弹塑性动力响应。通过对响应不同时刻内力分布特征的分析,阐明了圆拱的响应模式和变形机制。研究表明,弹塑性响应过程可分为六个阶段。在响应早期,拱的变形以塑性弯曲挠动由撞击点向拱根部传播为主;在响应后期,则主要以轴力主导下的轴向拉伸变形为主。在高速撞击下,塑性弯曲挠动的不均匀性可以引起浅拱的反向弯曲变形。固支浅圆拱的动力响应对撞击速度的某个变化范围非常敏感,在此范围内,撞击速度的较小增加可以导致响应的很快增长,但动力响应随撞击速度连续变化,未发生突然的跳跃失稳。本文中计算结果同实验数据吻合较好。     

竖向地震引发的桥梁结构间的多次重撞击响应分析

应用瞬态波函数法,针对双跨连续梁桥在竖向地震激励下可能出现的多次弹性重撞击问题进行了研究.推导出桥梁结构多次弹性重撞击问题的理论解,并采用临时组合结构法,求解了桥跨结构与桥墩之间的重撞击力.通过对桥梁算例的数值分析,计算模拟了多次重撞击现象,并分析了竖向地震激励周期、桥墩横截面积、梁与墩长度比以及桥跨弹性模量等参数对桥梁结构撞击响应的影响.研究结果表明,竖向地震可能使得桥跨结构与桥墩间发生多次重撞击行为,引发轴力的高频振荡,对桥梁结构响应有着明显的影响.多次重撞击的发生以及重撞击力的幅值对竖向地震激励周期相当敏感;梁与墩长度比和桥跨弹性模量都可以显著影响桥梁在竖向地震激励下的响应机理,应在桥梁抗震设计中予以考虑.     

爆破作用下山岭隧道锚固壁动态响应及衬砌的影响研究

基于现场位移收敛计监测数据,利用FLAC3D研究了拱桥铺山岭隧道在底部爆破作用下锚固壁动态响应及衬砌的影响。研究结果表明:通过静载下位移对比及应力波传播规律分析,说明数值分析结果比较可靠;由于衬砌能够很好地限制隧道动态位移,所以使隧道拱底正下方1.42m范围内的垂直压应力峰值明显增大,在与拱脚同一水平方向9.51m范围内的垂直压应力峰值也明显增大,并且离拱脚越近增大越明显;隧道衬砌对锚固壁拱底位移、振动速度、振动加速度的运动规律没有影响,都是先向隧道中心方向运动;而其它监测点由于衬砌的"拱作用"使锚固壁位移、振动速度、振动加速度的运动规律相反,并且衬砌能使隧道锚固壁振动最强烈位置(拱底)的位移峰值、振动速度峰值、振动加速度峰值分别减小76.6%、9.4%和5.0%。     

地形和土-结相互作用效应对三维跨峡谷 桥梁地震响应的影响分析

评估跨峡谷桥梁的地震性态需要考虑地形效应、行波效应以及土-结相互作用效应.将峡谷-桥梁系统在地震波输入下的反应分析看作波动散射问题,即桥梁及其邻近非规则区域对峡谷场地"自由场"的扰动. 基于此思想,本文发展了一套跨峡谷桥梁地震反应分析方法,通过二维模型分析得到峡谷场地的"自由场", 结合人工边界输入到峡谷-桥梁体系,采用土-结相互作用分区并行方法对其进行分析, 并编制了相应的分析程序.该方法可在自由场分析时考虑非垂直入射地震波, 计入行波效应,因此可综合考虑行波效应、地形效应和土-结相互作用效应. 通过峡谷场地分析算例,验证了自由场和人工边界实施的正确性; 并以马水河大桥为对象,通过5种计算模型结果的比较,分析了地形效应和土-结相互作用效应对跨峡谷桥梁地震反应的影响, 算例结果表明,地形效应对墩底剪力、弯矩和轴力有明显影响,对位移的影响要比对剪力、弯矩的影响小; 土-结相互作用对桥梁反应的影响较大,较大地减小了桥梁反应.