悬索桥线性液体黏滞阻尼器阻尼系数优化

将悬索桥加劲梁纵向运动简化为若干相互独立的单自由度振动系统,采用随机振动理论,利用将地震激励简化为平稳白噪声激励的方法推导了加劲梁纵向运动绝对加速度均方的解析表达式.利用导数求极值的原理,求出了加劲梁纵向运动绝对加速度均方的最小值及其对应的系统最优阻尼比,得到了悬索桥线性液体黏滞阻尼器最优阻尼系数的解析表达式,并以某悬索桥为例,采用动力时程法进行了参数敏感性分析,验证了解析表达式的有效性.分析结果表明:悬索桥线性液体黏滞阻尼器存在理论上的最优阻尼比0.5,其对应的最优阻尼系数使阻尼器的减震效率达到最大值;当阻尼比为0.3时,阻尼器的减震效率达到最优阻尼比的90％;当阻尼比在0.4～0.6之间时,阻尼器的减震效率基本保持在最优阻尼比的99％.综合考虑地震动强度、阻尼器冲程及造价等因素,线性液体黏滞阻尼器的最优阻尼系数可在阻尼比为0.4～0.6对应的范围内适当调整.     

基于随机振动的液体黏滞阻尼器参数优化

为克服参数敏感性分析方法在研究液体黏滞阻尼器最优阻尼参数时计算工作量大、分析效率低的缺点,利用随机振动理论推导了桥梁上部结构振动系统的理论最优阻尼比,得到了线性液体黏滞阻尼器最优阻尼系数的解析表达式.采用能量等效原理,进一步推导了非线性液体粘滞阻尼器的最优阻尼系数的解析表达式.以某连续梁桥为例,采用动力时程法分析了参数的敏感性.分析结果表明:桥梁用线性液体粘滞阻尼器存在理论上的最优阻尼比0.5,其对应的阻尼系数可以使阻尼器的减震效率达到最大值.与线性阻尼器相比,非线性阻尼器的最优阻尼系数和最优阻尼力分别降低了55%~67%及16%~22%.      

某三跨斜拉桥纵向设置液体黏滞阻尼器阻尼系数优化

以某跨海大桥为例,采用有限元软件MIDAS建立三维空间有限元模型,考虑桩-土效应,研究在地震荷载作用下,阻尼器的阻尼比与阻尼指数之间的关系。根据能量等效原理,推导出非 线性阻尼器最优阻尼系数,提出一种阻尼器参数优化的新方法。研究发现：当桥梁设置线性黏滞阻尼器时,体系的最优阻尼比近似等于0.5,与不设置黏滞阻尼器且阻尼比为0.05 时的耗能能力近似相等;当阻尼器为非线性时,随着阻尼指数的增大,最优阻尼系数逐渐减小,结构位移逐渐增大;非线性阻尼器的减震效果优于线性阻尼器。这种阻尼器参数优化的新方法不仅可以大大减少计算时间,而且可以直接得到最优阻尼系数和最优阻尼比。     

调质阻尼器对结构地震响应的控制效果分析

提出了用于结构地震响应控制的调质阻尼器的参数确定准则，即通过数值搜索法，使得结构－调质阻尼器系统中结构的正规化稳态频率响应幅值的极大值最小，基该准则，给出了调质阻尼器最优参数的选用表格，选用了60条地震波，统计分析了调制阻尼器对不同时期和阻尼比的结构的控制效果。     

随机地震动下粘滞阻尼减震结构振动台试验研究

为研究随机激励作用时粘滞阻尼器在结构中的实际减振效果,开展了随机地震动作用下粘滞阻尼减震结构振动台试验研究. 振动台试验中,采用基于物理随机地震动模型生成的地震动样本作为台面输入. 通过对有控和无控模型结构响应的均值、标准差以及概率密度函数等进行比较,系统分析了粘滞阻尼器的消能减震效果. 结果表明:有控模型结构层间位移响应显著减小,楼层剪力均方根值取得一定的减振效果,而大多数楼层绝对加速度响应出现不同程度增大;随机地震动作用下模型结构动力响应的变异性显著,且不同试验地震动样本输入时粘滞阻尼器取得的减振效果不同;粘滞阻尼器-钢支撑系统工作时能给被控结构提供一定的附加刚度和附加阻尼,使得结构动力特性产生变化,进而改变结构地震响应;有控模型结构底层位移响应的均值及标准差在地震动作用时段内均显著减小,且底层位移响应在各时刻的概率密度函数的分布宽度及其形态较无控时发生明显变化.      

MTMD参数对结构振动控制影响研究

将被控结构简化为单自由度体系，建立了结构-MTMD系统的力学模型和运动方程，对MTMD的参数及其对结构振动控制效果的影响进行了研究。结果表明：MTMD的总质量比、阻尼比、中心频率比、频带宽度和TMD的个数等参数对结构振动控制有重要影响，设计中应根据实际结构的具体情况对MTMD的各种参数进行必要的优化，以获取最优的控制效果。     

大跨自锚式斜拉-悬索协作体系桥地震响应及减震控制分析研究

基于结构非一致激励地震动方程,建立空间非线性有限元模型,探讨一致输入、行波输入下结构的地震响应.分别以主梁纵向位移、塔底内力为控制目标,研究粘滞阻尼器参数变化对结构减震效果的影响.计算结果表明:地震作用下塔底顺桥向弯矩达365.12MN.m,对自锚式斜拉-悬索协作体系桥的设计起控制作用;行波效应使得主梁跨中横向位移增大42%,横向弯矩减小14%;结构纵向位移及塔底内力在考虑行波效应后减小9%左右,安装参数合理的阻尼器使主梁纵向位移减小44%,主梁跨中弯矩和剪力减小41%,塔底纵向弯矩减小37%,达到减震效果.     

精镗孔液膜阻尼系统仿真及工作可靠性分析

对精镗孔液膜阻尼系统进行单自由度仿真分析,得出阻尼器的最优阻尼系数响应振幅达到最小值.并对最优参数阻尼器的工作可靠性进行分析,找出影响阻尼器工作可靠性的关键因素及解决方案.有利于液膜阻尼技术在精密孔加工中的推广应用,具有很重要的理论价值和实际意义.     

拉索式电涡流阻尼器力学模型及性能试验研究

提出一种新型的拉索式旋转电涡流减震系统，该系统由惯容器、弹簧和阻尼单元组成. 为验证该减震系统的减震机理，建立了装配阻尼器的单层框架力学模型，分别进行了单层框架、导体盘为5 mm铜板、10 mm铜板、5 mm铁板、5 mm铜板与5 mm铁板复合时的惯容器和不同材质的导体盘在10、20、30、40 mm气隙下带电涡流阻尼器的振动测试，以分析导体盘与永磁体间的气隙大小、导体盘材质和导体盘厚度对阻尼器附加阻尼比的影响. 试验结果表明:在铜板后附加铁板，阻尼增加至铜板的1.9倍、铁板的1.4倍，可最大化增加阻尼；气隙是影响电涡流阻尼的关键因素，当气隙增大时，阻尼比会迅速减小，调节气隙大小是改变结构附加阻尼比最有效和最容易的方法；阻尼器提供的阻尼比最大可达15.40%，证实了该阻尼器具有较强的耗能能力.      

脉冲型地震动作用下尼泊尔砖木遗产建筑易损性分析

为研究近断层脉冲型地震对尼泊尔砖木结构遗产建筑抗震性能的影响,以一栋2层的砖木结构遗产建筑为例,采用等效框架方法,以地面峰值加速度作为地震动强度指标和层间位移角作为结构损伤指标对其进行动力增量分析,确定了结构极限破坏状态,并分别对结构在脉冲型和非脉冲型地震作用下的易损性曲线进行了比较.研究结果表明:砖木遗产建筑在正常使用、生命安全和防止倒塌3种不同极限状态下对应的层间位移角分别为0.06%、0.32%和0.44%;该类建筑在遭遇地震时有较高的概率达到正常使用极限状态,但其超越生命安全和防止倒塌极限状态的概率相对较低;当达到或超过生命安全状态之后,较小的地面峰值加速度增量就可能导致砖木遗产建筑达到防止倒塌状态;与非脉冲型地震动下的结构响应相比,脉冲型地震动下达到正常使用、生命安全和防止倒塌3个极限状态的概率分别高出18.9%、14.3%和12.6%,在震后修复和加固中应对近断层脉冲型地震动的激励特征予以充分考虑.     

隔震桥梁结构的简化反应分析及设计参数研究

在规则隔震桥梁结构简化为2自由度系统的基础上，利用等效线性化方法进一步将以隔震模态为主的2自由度隔震桥梁结构简化为双线性的单自由度隔震系统，考虑了隔震支座的双线性特性，并计入了隔震支座下部结构质量及墩柱粘滞阻尼比等参数对结构响应的影响，提出了相应的计算力学模型，重点讨论了隔震支座的剪切位移延性、硬化刚度比、隔震桥梁结构的质量比、隔震模态周期、墩柱周期及其粘滞阻尼比等参数对隔震桥梁结构在近场地震作用下非线性动力响应的影响，并对隔震支座设计参数的选取给出了合理的选择标准．     

人-结构竖向相互作用两类简化模型分析

基于质量-刚度-阻尼（mass-spring-damper,MSD）和质量-刚度-阻尼-附加质量（mass-spring-damper-rigid mass,MMSD）两类简化分析模型,采用正则化结构振型函数建立简化的人-结构竖向相互作用动力方程. 针对具有非比例阻尼特性的动力方程,采用状态空间法求解耦合系统瞬时频率和阻尼比,讨论两种耦合动力方程的区别以及结构在人行荷载作用下频率和阻尼比的变化规律,分析人-结构耦合状态下结构加速度响应的差异. 结果表明:考虑人-结构竖向相互作用时,两类动力方程的结构阻尼比显著增大,结构瞬时频率略有减小,瞬时阻尼比峰值平均提高31.67%,瞬时频率峰值平均仅减小0.29%; 结构人致振动分析时应考虑人-结构竖向相互作用;MSD和MMSD两种模型分析情况下,结构动力响应差异很小,均方根加速度值的差异仅为0.34%.      

可控式TMD-混合水箱系统减振控制策略

工程振动或计算、施工误差使结构的固有频率发生偏移或使实际的固有频率与设计值出现偏差,导致被动调谐类阻尼器减振效果明显下降．为了改善调谐阻尼器的这种失谐效应,提出了可控式TMD-混合水箱系统（controllable TMD-hybrid tanks system,简称CTHTS）的概念,通过改变系统中挡板的开合状态,以应对结构频率发生偏移．阐述了该系统中各参数的设置方法,导出了调谐液柱阻尼器（TLCD）、调谐液体阻尼器（TLD）以及结构．混合系统（THTS）的运动方程,并通过算例中CTHTS与普通TMD对结构减振效果的比较,证明了CTHTS的优越性和减振策略的有效性。     

桥梁结构非线性地震响应极值分布的估算方法

为了研究近断层脉冲地震作用下桥梁非线性地震响应极值分布,进行小失效概率下的桥梁动力可靠度精确计算,提出了一种有效的近断层脉冲地震作用下桥梁结构非线性地震响应极值分布分析方法. 首先考虑桥梁结构的非线性和地震动的不确定性,采用拉丁超立方抽样对近断层脉冲地震动随机参数和结构随机参数进行随机抽样,通过模拟的高频地震动均方值和与精确值的相对误差确定出所需要的样本数量;其次以合成的近断层脉冲地震动作为地震激励,通过时程分析对结构非线性动力方程进行求解,从而得到结构非线性地震响应极值样本,再采用改进的分数阶矩最大熵原理获得结构非线性地震响应的极值分布;最后通过非线性单自由度系统和三层非线性剪切框架验证了该方法的有效性. 研究结果表明:该方法不仅能够有效的模拟近断层脉冲地震作用时,桥梁结构与地震动双重不确定性影响下的动力响应极值分布,更能在兼顾效率和计算精度时,精确估计桥梁结构非线性地震响应极值的尾部分布,能够为桥梁结构非线性动力可靠度评估提供一种有效的途径.      

子系统参数对双层隔振系统隔振特性的影响

为了阐明子系统参数对双层隔振系统隔振特性的影响, 建立了针对带子系统的双层隔振系统的三自由度动力学模型; 推导了一、二级主系统与子系统振幅比的解析式; 分析了3种振幅比随子系统质量比、固有频率比和阻尼比的变化规律; 给出了子系统充当双层隔振系统吸振器时最优参数的解析解和数值精确解; 以中国首批内燃动车动力包为研究对象, 探讨了散热器子系统的刚度、阻尼和质量对动力包双层隔振系统隔振性能以及柴油发电机组和散热器本身振动烈度的影响规律; 得到了最优散热器隔振器刚度的动力包双层隔振系统样机, 并进行了振动试验。试验结果表明: 散热器隔振器刚度大于拐点处刚度1.5倍会严重恶化子系统的振动情况, 其阻尼损耗系数取0.24左右能有效抑制双层隔振系统力传递率和振动烈度比的峰值, 取较大的散热器质量能有效提高双层隔振系统的隔振性能, 减小机组和散热器本身的振动烈度; 经过设计后, 停机工况下二级隔振器最大动反力减小50%, 常规工况下二级隔振器的实测最大动反力为296N, 优于同类水平, 常规工况下机组与散热器实测振动烈度最大值分别为15.45、4.97mm·s-1, 水平优秀。可见, 取较大的子系统质量和阻尼, 并将其视为双层隔振系统的吸振器进行优化设计, 可使双层隔振系统在柴油机启停机工况和常规工况下都具备较优的动力学性能。      

辅助索接地的简化索网-阻尼器系统的阻尼和频率

索网-阻尼器-接地辅助索系统的振动特性研究对于拉索减振问题具有重要的工程应用价值.本文建立了由2根水平拉索和1根锚固于桥面的辅助索组成的简化索网系统,将辅助索简化为线性弹簧单元,基于弦理论,由拉索锚固端的位移边界条件和阻尼器、辅助索安装位置处位移及力的连续条件,推导得索网系统的复特征值方程,并由此求得阻尼和频率的数值解.以3、4阶振动模态为例,讨论了弹簧刚度、安装位置对最大模态阻尼比、阻尼器的最优阻尼系数和相应振动频率的影响.研究结果表明,索网系统的各阶模态存在奇数阶和偶数阶两种模态,两种振动模态具有不同的振动特性.随着辅助索与桥面连接段刚度的增加,最大模态阻尼比可能的取值上限将增加至单索-阻尼器系统的最大模态阻尼比值的2.0~2.4倍,但辅助索可选择的优化安装区间则变得更为狭窄和分散.      

脉冲型地震动对CFST拱桥抗震性能的影响分析

为了研究脉冲型地震作用下钢管混凝土拱桥的抗震性能,以一座钢管混凝土拱桥的实际工程为例,采用时程分析方法系统分析了其在非脉冲和脉冲型地震作用下的抗震性能. 首先,基于PEER地震衰减模型并采用谱兼容的方法选取了符合不同场地条件且具有不同脉冲周期的天然地震记录;其次,在综合考虑有无脉冲、脉冲周期以及地震动多维性的基础上,对钢管混凝土拱桥的抗震性能进行了对比分析. 研究结果表明:脉冲型地震动会对结构响应产生较为明显的影响,脉冲效应对结构响应的放大作用在0.96～19.88倍之间,桥梁修建处的场地条件越好放大作用越明显;脉冲周期的不同也会对结构响应产生不可忽略的影响,结构响应的改变率在10～133%之间,脉冲周期越小脉冲效应对结构响应的放大作用就越明显;与非脉冲型地震动相比,地震动多维性对脉冲型地震作用下的结构响应影响较小,但随着脉冲周期的减小,地震动多维性对结构响应的影响变大. 因此,在对断层附近的钢管混凝土拱桥进行抗震设计时不但要考虑有无脉冲的影响,还需要考虑脉冲周期、地震动多维性以及桥梁修建处场地条件的影响,以免错误地估计结构响应.      

基于直接模态摄动法的无阻尼线性随机结构的随机振动研究(Ⅱ)——随机动力反应分析

提出了基于数论选点的直接模态摄动法,用以求解无阻尼线性随机结构的随机动力反应.以数论选点的直接模态摄动法为基础,求出随机样本的特征值和特征向量,然后利用模态叠加法,求解样本结构在样本荷载作用下的动力反应,把所有的样本反应统计分析,即求得结构的随机反应.由于在计算过程中,没有将随机反应分解为均值部分和摄动部分,因此,采用直接模态摄动法求无阻尼复合随机振动系统的反应不存在久期项问题.算例分析表明,复合随机振动系统的随机反应均值比均值荷载作用下均值结构的确定性反应要小.     

精镗孔液膜阻尼技术试验研究

对精镗孔采用液膜阻尼器进行试验研究,通过更换轴套的宽度和液膜间隙得到了同尺寸的阻尼器,并通过试验确定最佳阻尼器结构尺寸,提高加工质量,最佳减振效果达20%以上。     

磁流变阻尼器减振性能的试验研究

在对磁流变阻尼器的结构特点和材料选择原则分析的基础上,设计制作了磁流变阻尼器,计算了阻尼器的磁通量等参数.制定了试验方案.采用磁流变阻尼器作为被动控制器件,以拉索为试验对象,进行了磁流变阻尼器在人工激振下的试验和简谐激振下的试验,给出了试验结果.并探讨了阻尼器在不同电流输入时的减振效果,研究了不同索力和不同电流输入时磁流变阻尼器对拉索模态频率的影响.