基于磁流变阻尼器的多单体组合隔震结构模糊控制研究

提出了一种新的组合结构振动控制体系——多单体组合隔震结构,建立了力学模型及运动方程。基于瞬时最优控制算法,将控制力表达成阻尼力的形式,用磁流变阻尼器充当控制器,运用模糊控制方法对其进行控制。通过计算机仿真分析,并运用LQR控制与之进行对比。研究结果表明,这种组合隔震结构体系的控制效果明显,各结构的地震响应都有明显降低。采用模糊控制不需要建立精确的计算模型,并能达到与LQR控制相接近的控制效果。用磁流变阻尼器充当控制器减少了能量输入,在结构2与结构3之间安装弹簧-阻尼器使控制更容易实现。     

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.     

SMA叠层变刚度水平万向阻尼器滞回性能研究

利用NiTi形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)的超弹性特性,开发了一种新型SMA叠层变刚度水平万向阻尼器,介绍了其基本构造和工作原理,建立了阻尼器恢复力计算模型并开展了滞回性能参数分析,研究了SMA张拉应变、SMA直径、阻尼器层数以及每层SMA丝根数对阻尼器行程、刚度、耗能、等效阻尼比的影响.研究结果表明：SMA叠层变刚度水平万向阻尼器的恢复力-位移滞回曲线呈饱满的纺锤形,阻尼器具有良好的能量耗散能力、自复位功能、大行程以及变刚度特性;随着SMA张拉应变由0.03不断增大至0.06,阻尼器最大行程不断减小而单位循环耗能呈先增大后减小趋势;随着SMA直径不断增大,阻尼器刚度和耗能能力不断增大而最大行程和等效阻尼比不变;随着叠层层数不断增大,阻尼器最大行程和单位循环耗能不断增加而刚度不断降低;随着每层SMA布置数量由8根增大至16和32根,阻尼器刚度和单位循环耗能不断增大而最大行程和等效阻尼比变化不明显.     

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。     

非线性子结构方法中实现对结构抗震措施阻尼器的数值模拟

应用子结构理论,对设置伸缩横缝的小湾高拱坝结构,分别就正常高水位常遇低水位两种水位工况,考虑坝体伸缩横缝在地震交变荷载作用下反复开合引起的缝面问滑移．接触等效应的影响,坝体一库水的相互作用而产生的动水压力的影响,对坝体的抗震性能进行了地震反应分析。对伸缩缝问设置阻尼器这一新的设计思想进行了可行性的研究,论证推导了阻尼器的计算模型,探讨了阻尼器对坝体结构抗震性能的影响。     

附加黏滞阻尼器结构附加等效阻尼比算法研究

本文基于应变能概念,从附加等效阻尼比计算的基本理论出发,结合国内外相关规范、导则及论文,讨论了几种计算附加非线性黏滞阻尼器建筑结构的附加等效阻尼比实用估计方法.以一个实际工程为算例,比较附加黏滞阻尼器结构和两种不同估计方法得到的附加等效阻尼比的阻尼结构在地震时程下的响应,验证了各方法计算结果满足工程精度情况.     

黏滞阻尼器在超高层结构体系中的效率研究

250m以上的超高层结构主要有框架-核心筒、框筒-核心筒和巨型框架-核心筒等三种结构体系．由于超高层结构的高宽比通常较大（5以上）,结构的侧向变形往往成为控制因素．随着消能减震技术的不断成熟,黏滞阻尼器越来越多的应用于建筑结构领域．本文分别将黏滞阻尼器均匀布置在上述三种超高层结构体系中,对比其消能减震效果并分析原因,最后建议了黏滞阻尼器在这些结构中的较优布置．     

多自由度复杂结构的TMD调谐减震控制研究

给出多自由度复杂结构中调谐减震控制TMD的有效设计方法.通过分析发现简谐基底激励作用下的TMD最优参数并非减震控制的最佳选择,主要区别是减震控制时TMD的最优阻尼比要显著小于简谐基底激励下的最优阻尼比.在随机地震激励下给出用于确定减震控制TMD最优参数的方法.据此进行了三相叠积电抗器的减震TMD设计,确定了最优减震参数,通过分析实际地震波作用下的结构响应,表明所设计的TMD在地震动作用下对三相叠积电抗器有十分明显的减震效果,证实用本文方法可以有效地对多自由度复杂结构设计TMD进行减震控制.     

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.      

控制两相邻结构地震动响应的Maxwell模型流体阻尼器优化参数研究

运用被动连接单元减小相邻结构的振动被证明是一种行之有效的手段。将两相邻结构简化为两单自由度体系,用Maxwell模型模拟连接两相邻结构的流体阻尼器,分别导出了在地面白噪声激励下主结构平均振动能量最小或两相邻结构总平均振动能量最小这两个控制目标下流体阻尼器优化参数的一般表达式,该优化参数仅与两相邻结构的相对自振频率和相对质量有关,也讨论了两相邻结构的相对自振频率和相对质量对控制效果的影响。最后,运用具有不同相对参数的三类相邻结构在El Centro 1940 NS地震波作用下时域响应的数值结果说明了这种被动优化流体阻尼器能够非常有效地减小在地震作用下两相邻结构的振动响应。     

大跨度桥梁多模态耦合颤振DTMD控制研究

DTMD是一种具有双频率的调谐质量阻尼器,与普通TMD相比,可以同时实现对主梁竖向和扭转运动的控制,具有较高的控制效率。本文基于多模态耦合颠振理论,导出带有DTMD的桥梁颠振系统运动微分方程,采用PK—F法求解系统颠振运动微分方程,并编制了多模态耦合颠振DTMD控制和参效分析程序,以崖门斜拉桥为算例,分析了DTMD对桥梁颤振控制的有效性并与普通TMD进行了对比,计算结果表明与传统TMD相比,DTMD对桥梁颠振具有更高的控制效率。     

Numerical modeling of sloshing motion in a tuned liquid damper outfitted with a submerged slat screen

Tuned liquid dampers (TLDs) are among the most economical and effective passive damping devices. They have been increasingly used to reduce dynamic response and protect structures from failure due to external dynamic excitations. Slat screens are one of the most effective devices used to increase the inherent damping of a TLD, and to reduce the non‐linearity of the free surface motion. A numerical algorithm has been developed to solve the complete non‐linear, moving boundary flow problem in a TLD outfitted with slat screens. The model has been developed to handle conditions leading from small to large interfacial deformations without imposing any linearization assumptions. The numerical algorithm is based on the finite‐difference method. The free surface has been determined using the volume‐of‐fluid method and the donor–acceptor algorithm. The effect of the slat screens has been modeled explicitly by using the partial‐cell treatment method. The present algorithm has been validated against experimental data. The results indicated that the present algorithm is capable of providing accurate details of the flow field inside the TLD and through the screens. These details are essential to improve our understanding of the important parameters governing the performance of a TLD, and hence, to enhance our ability to design better TLDs. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

层间隔震结构的能量平衡

从能量观点出发,引入设计用能量谱的概念,分析了地震输入能量在层间隔震结构中的分配和耗散。推导出了基于能量平衡的层间隔震结构的隔震层总剪力、最大变形以及基底剪力的地震响应预测式,分析了隔震层刚度、阻尼以及隔震层的设置位置等参数对层间隔震结构减震性能的影响,并阐明了其自身的减震控制机理。研究表明,基于能量平衡的分析方法是一种预测层间隔震结构地震响应和评价其减震性能的有效手段。     

On the frequency behaviour,stability and isolation properties of dry friction oscillators

This paper proposes a new approach to the frequency responses of one-degree-of-freedom oscillators subject to periodic excitations in presence of mixed dry-viscous friction. The idea is to get free from the analysis of one fixed system by letting the physical parameters cover their own whole ranges and investigating the various behavioural aspects of wide classes of oscillators. The existence, uniqueness and stability of the steady-state solutions are analysed in detail, assuming different coefficients of static and sliding friction. The possible arising of motions characterized by anti-periodic asymmetry or multi-stick oscillations is enlightened and maps of the system behaviour are presented. A study on transmissibility shows the favourable features of dry friction isolators in the high-frequency range.     

On aspects of damping for a vertical beam with a tuned mass damper at the top

In this paper, the wind-induced, horizontal vibrations of a vertical Euler–Bernoulli beam will be considered. At the top of the beam, a tuned mass damper (TMD) has been installed. The horizontal vibrations can be described by an initial-boundary value problem. Perturbation methods will be applied to construct approximations of the solutions of the initial-boundary value problem, and it will be shown that the TMD uniformly damps the oscillation modes of the beam. In the analysis, it will be assumed that damping, wind-force, and gravity effects are small but not negligible.     

Dynamic Modes of One Seismic-Damping Mechanism with Frictional Bonds

The possible states of a system of interacting solids with rolling friction and unilateral sliding friction bonds are analyzed. The system can be used for seismic isolation of buildings. The structures (modes) of motion are established. The basic analytical relations are derived, which are needed to construct a dynamic model of variable structure     

具有不等刚度的动调陀螺的运动方程分析

利用理论力学知识,通过对转子和平衡环的受力分析及陀螺的运动状态分析,建立起考虑了不等刚度的动力调谐陀螺当壳体具有加速度和角速度时陀螺的运动方程,得到了不等刚度造成的干扰力矩表达式,讨论了各种壳体加速度和角速度情况下的陀螺漂移.分析结果表明,不等刚度对动力调谐陀螺的调谐条件没有影响.在线加速度条件下,不等刚度引起的干扰力矩与加速度的平方成正比;而在角加速度情况下,不等刚度不产生陀螺漂移.在设计、生产中尽量做到等刚度设计有助于减小陀螺的漂移.     

设置粘弹性阻尼耗能框架结构减震性能分析

研究粘弹性阻尼器对框架结构的减震性能,分析该阻尼器的阻尼参数对框架结构地震反应的影响,给出设置阻尼器后结构地震作用的计算方法。对设置粘弹性阻尼器框架结构振动方程进行傅里叶变换,求解该振动方程的频域解,再通过傅里叶逆变换得出该方程的时域解,由此研究阻尼器的阻尼系数C_d和松弛时间系数η等对结构地震响应的影响。在此基础上,提出粘弹性阻尼器的阻尼系数在各楼层经济分布的实用计算公式,并对设置粘弹性阻尼器框架结构地震作用给出计算方法,分析结构各楼层的地震作用及结构各振型的底部剪力。研究表明,设置于框架结构的粘弹性阻尼器宜控制其松弛时间系数η≤0.5～0.7。     

高效耗能摩擦阻尼钢筋混凝土框架结构减震性能分析

研究了高效耗能摩擦阻尼器的减震机理。利用力学原理,分析了地震作用下高效耗能摩擦阻尼器的摩擦阻尼力放大系数变化规律,推导了设置高效耗能摩擦阻尼器结构的等效阻尼比计算公式。在此基础上,对分别设置传统摩擦阻尼器和高效耗能摩擦阻尼器的框架结构进行了地震反应分析,结果表明,高效耗能摩擦阻尼器通过将较小的摩擦阻尼力放大可以显著降低结构地震反应,减震效果良好;利用本文给出的等效阻尼比分析得出结构顶层位移反应幅值,与阻尼等效前相应值误差不超过10%。