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具有自复位功能的桥梁减隔震半主动控制系统研究

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具有自复位功能的桥梁减隔震半主动控制系统研究

作者：李振东石家庄铁道大学

学位级别：硕士

减隔震思想被证明是一种有效的抗震策略,能最大限度减小桥梁结构损伤。自诞生以来,以基础隔震、消能减震和振动控制为内容的结构减隔震控制系统在世界各国得到了迅速发展。在实践中发现,桥梁减隔震系统在地震中的破坏大多是由于主梁产... 详细信息

减隔震思想被证明是一种有效的抗震策略,能最大限度减小桥梁结构损伤。自诞生以来,以基础隔震、消能减震和振动控制为内容的结构减隔震控制系统在世界各国得到了迅速发展。在实践中发现,桥梁减隔震系统在地震中的破坏大多是由于主梁产生了过量的位移,过大的残余变形给灾后主梁的复位工作增加难度,在主震和多次余震作用下甚至发生支座滑脱或落梁的危险。因此研究具有自复位功能的桥梁减隔震系统具有重要的理论意义和工程实用价值。磁流变阻尼器（Magnetorheological,MR）作为一种新型的半主动控制装置,具有很好的智能驱动特性,在结构减振控制方面拥有良好的应用前景。针对传统控制方法存在的不足,本文介绍一种具有自复位功能的减隔震半主动控制方法及其结构,并通过数值方法对其减隔震效果和自复位功能进行了验证。此外,为了更为全面地研究MR阻尼器自复位控制方法的合理性,研究将其与基于模型的控制方法和基于软计算的智能控制方法进行了比较。具体工作内容如下:（1）MR阻尼器的力学特性试验和建模通过试验研究了MR阻尼器的阻尼特性,选择现象学模型来模拟MR阻尼器的动力特性,针对模型待识别参数多,直接优化效率低、精度差等问题,提出了一种基于分层思想的高效优化算法——分层改进粒子群算法。参数识别结果表明,利用分层改进粒子群算法确定的模型参数,试验值与预测值能够较好吻合,建立的模型具有较好的预测能力,能够较准确地反映MR阻尼器的力学特性。（2）新型半主动控制方法的可行性研究可行性研究结果表明,基于MR阻尼器的新型减隔震半主动控制系统具有明显的自复位功能,较两种被动控制,位移减小所导致的桥墩所受剪力的增加幅度较小,减隔震效果较好;在不同地震动激励下,新型桥梁减隔震半主动控制系统均能达到较好的减隔震效果和自复位功能,具有很好的内在稳定性。（3）新型半主动控制方法的合理性研究合理性研究结果表明,新型半主动控制方法简单、易于实施、最合理地体现了减隔震思想,具有很好的稳定性,能够达到近乎最优控制的性能。相较于最优控制,不存在参数整合问题,概念清晰,控制细节与减震和隔震的概念明确对应;相较于神经网络控制,控制方法简单、易于实施。因此,具有自复位功能的新型半主动控制系统在桥梁减隔震设计中不失为一种很好的选择。

关键词：桥梁减隔震控制系统自复位功能 MR阻尼器半主动控制性能评估 MATLAB

通过预应力筋实现自复位功能的防屈曲支撑性能分析

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科学技术创新 2020年第24期 112-113页

作者：姜滨贾明明惠丽洁黑龙江省建筑设计研究院黑龙江哈尔滨150008 哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090

传统的结构抗震设计主要通过结构自身的强度和刚度来抵抗地震作用,同时依靠结构的延性来耗散地震能量,震后结构常产生较大的变形,修复困难。因此,既能保证结构在震害过程中不产生超过规定限值的变形,同时限定了结构在震后的残余变形以... 详细信息

传统的结构抗震设计主要通过结构自身的强度和刚度来抵抗地震作用,同时依靠结构的延性来耗散地震能量,震后结构常产生较大的变形,修复困难。因此,既能保证结构在震害过程中不产生超过规定限值的变形,同时限定了结构在震后的残余变形以达到快速修复的目标。通过结构体系自身构件或外加装置来减少主体结构损伤的措施得到广泛关注。

关键词：预应力筋自复位功能防屈曲支撑性能

变滞回性能阻尼器的抗震性能及其在RC排架墩中的应用

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振动与冲击 2024年第8期43卷 98-108页

作者：董慧慧李艳玲韩强杜修力北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

为了实现分级保护主体结构同时减小传统耗能阻尼器在强震作用下的残余变形的目的,提出一种基于形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)板环的新型变滞回性能阻尼器(variable hysteresis performance damper based on shape memory alloy,... 详细信息

为了实现分级保护主体结构同时减小传统耗能阻尼器在强震作用下的残余变形的目的,提出一种基于形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)板环的新型变滞回性能阻尼器(variable hysteresis performance damper based on shape memory alloy,SMA-VHD)。首先阐明了新型阻尼器的基本构造,揭示了其变滞回性能工作机理和自复位原理。通过对SMA板材进行材性试验确定了SMA板材的关键性能参数,进而建立阻尼器精细化有限元模型,系统研究阻尼器的滞回性能及参数影响规律。最后将新型阻尼器应用于RC排架墩中,通过动力时程分析研究附加阻尼器桥墩结构的分阶段抗震性能。研究结果表明:SMA板材应力应变关系呈“旗帜型”,具有良好的自复位能力;SMA-VHD滞回曲线呈现明显分级平台,随着阻尼器变形的增加,其滞回曲线由饱满的矩形变为具有自复位功能的“旗帜型”,表明该阻尼器具有变滞回性能的特性;将SMA-VHD应用到RC排架墩中,可有效实现结构的分级抗震,提高桥墩结构的抗震性能水平。

关键词：变滞回性能阻尼器(VHD) 形状记忆合金(SMA) RC排架墩自复位功能分级抗震

旋转式摩擦阻尼器滞回性能及其在多阶段抗震中的应用

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中国公路学报 2023年第7期36卷 31-46页

作者：杜修力王宇迪董慧慧韩强北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

为了满足多水准设防的需求,提出一种具有变滞回特性功能的新型旋转式摩擦阻尼器(VH-RF),将其应用于桥墩结构中并验证其分阶段抗震性能。首先阐述了新型阻尼器的基本构造,揭示了工作机理与变滞回原理,建立了新型阻尼器的简化分析模型。... 详细信息

为了满足多水准设防的需求,提出一种具有变滞回特性功能的新型旋转式摩擦阻尼器(VH-RF),将其应用于桥墩结构中并验证其分阶段抗震性能。首先阐述了新型阻尼器的基本构造,揭示了工作机理与变滞回原理,建立了新型阻尼器的简化分析模型。然后基于ABAQUS有限元软件建立了新型阻尼器的实体有限元模型,并根据新型阻尼器的有限元模型分析以及简化分析模型,系统地研究了新型阻尼器的滞回性能及影响规律。最后在OpenSees软件中二次开发了新型阻尼器的恢复力模型,基于新型阻尼器优良的滞回性能,将其应用于双柱式桥墩中实现结构的分阶段抗震。结果表明:①VH-RF能够在不同变形时呈现出不同的滞回特性,小变形时具有稳定的耗能能力,大变形时不仅具有耗能能力还具有优良的自复位功能,VH-RF的简化分析模型和数值模拟结果吻合良好;②通过调整VH-RF设计参数,可有效实现调节VH-RF滞回性能的目的,具有良好的性能可调节性;③在双柱式桥墩中附加VH-RF可有效实现分阶段抗震的目的,进而提升桥梁结构抗震韧性。

关键词：桥梁工程旋转式摩擦阻尼器自复位功能变滞回特性分阶段抗震抗震韧性

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高烈度区长联大跨连续梁减隔震设计研究

铁道科学与工程学报 2018年第5期15卷 1202-1210页

作者：刘洋赵人达向星赟王超高能西南交通大学土木工程学院四川成都610031

长联大跨连续梁上部结构惯性力较大,传统延性抗震设计方法很难满足桥梁抗震性能需求,减隔震技术是解决这一问题的有效途径之一。对大跨度预应力混凝土连续梁的减隔震设计进行探讨,以传统盆式橡胶支座抗震方案作为对比对象开展液体黏滞... 详细信息

长联大跨连续梁上部结构惯性力较大,传统延性抗震设计方法很难满足桥梁抗震性能需求,减隔震技术是解决这一问题的有效途径之一。对大跨度预应力混凝土连续梁的减隔震设计进行探讨,以传统盆式橡胶支座抗震方案作为对比对象开展液体黏滞阻尼器减震、双曲面球型隔震支座隔震研究。利用ANSYS建立全桥有限元计算模型,采用非线性弹簧单元COMBIN37模拟液体黏滞阻尼器,非线性弹簧单元COMBIN40及弹簧单元COMBIN14模拟双曲面球型隔震支座,输入50年超越概率2.5%的3条地震波进行非线性时程反应分析。研究结果表明:液体黏滞阻尼器减震效果明显,但其自复位功能差,震后残余变形大,不利于震后的修复;采用双曲面球型隔震支座,除边墩外其余各墩较均匀分担了地震荷载,墩身抗震性能得到充分发挥,减震效果优于液体黏滞阻尼器方案,且其具备自复位功能,震后修复难度较低,因此双曲面球型隔震支座方案为本桥的减隔震设计最优方案,该方案可为高烈度区大跨连续梁的抗震设计提供参考。

关键词：长联大跨连续梁减隔震设计液体粘滞阻尼器双曲面球型隔震支座自复位功能

具有复位功能的钢管混凝土桥墩抗震及恢复性能研究

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沈阳建筑大学学报（自然科学版） 2022年第1期38卷 75-83页

作者：王占飞张鑫侯雯峪于丰纶沈阳建筑大学交通工程学院辽宁沈阳110168

目的探究具有自复位功能的钢管混凝土桥墩在不同基础连接形式、施加预应力大小等参数下的抗震和恢复性能。方法在保持径厚比、长细比等设计参数不变的情况下,通过改变预应力大小及连接方式,建立14个具有不同程度自复位功能的钢管混凝土... 详细信息

目的探究具有自复位功能的钢管混凝土桥墩在不同基础连接形式、施加预应力大小等参数下的抗震和恢复性能。方法在保持径厚比、长细比等设计参数不变的情况下,通过改变预应力大小及连接方式,建立14个具有不同程度自复位功能的钢管混凝土桥墩有限元模型,并在轴力与水平往复荷载下进行弹塑性分析,探究了桥墩的最大承载力、残余位移、延性等性能。结果在预应力大小相同的情况下,铰连接及半刚性连接的自复位钢管混凝土桥墩具有比刚性连接桥墩更小的残余位移和更好的延性性能,可以恢复60%~80%的残余位移,延性性能是后者的1.5倍以上。在连接方式相同的条件下,随着预应力的增加,铰连接及半刚性连接的自复位钢管混凝土桥墩的最大承载力逐渐增大,耗能系数增加,恢复系数减小。结论半刚性连接可以提高桥墩的最大承载力和延性性能,有效减小桥墩的残余位移,是一种性能优越的连接形式。

关键词：自复位功能钢管混凝土桥墩弹塑性分析抗震性能

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电子元件、组件

中国无线电电子学文摘 1997年第2期13卷 49-59页