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悬臂梁式自适应调谐质量阻尼器对人行桥减振效果研究

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建筑结构学报 2024年第9期45卷 159-169页

作者：王梁坤周颖施卫星同济大学结构防灾减灾工程系上海200092 同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室上海200092

为了减小体型轻柔的人行桥的竖向人致振动以提高其舒适度,常在其中增设调谐质量阻尼器(TMD)。然而,传统的TMD对频率高度敏感,失调的TMD的控制作用会大为削弱。为了提高传统TMD对人致振动的控制性能,提出了悬臂梁式自适应TMD(CATMD),其... 详细信息

为了减小体型轻柔的人行桥的竖向人致振动以提高其舒适度,常在其中增设调谐质量阻尼器(TMD)。然而,传统的TMD对频率高度敏感,失调的TMD的控制作用会大为削弱。为了提高传统TMD对人致振动的控制性能,提出了悬臂梁式自适应TMD(CATMD),其可通过步进式推拉杆改变质量块在悬臂梁上的位置以重调其刚度,调节导体板与永磁铁之间的磁导间距以重调其电涡流阻尼比。首先介绍了CATMD的减振系统,以及其变刚度和变阻尼比的控制算法,然后进行了CATMD模型试验,以分析频率与质量块位置以及阻尼比与磁导间距的关系,并进行了人行桥模型的跑步激励减振试验,最后对试验中CATMD频率重调部分进行了数值模拟研究与参数敏感性分析。研究结果表明:CATMD能够准确地从TMD-桥耦合系统中解耦识别得到TMD的最优频率与阻尼比并进行参数调节;由于其可以自发重调谐自身的刚度与阻尼系数,因此较失调的TMD具有更好的人致振动控制效果,能够显著减小跑步激励引起的结构加速度响应,在最大值、整体均方根(RMS)值和最大连续每秒RMS值3个舒适度评估指标上均有良好的提高作用。

关键词：自适应调谐质量阻尼器变刚度电涡流阻尼人致振动人行桥模型试验减振效果

非平稳随机激励下高维非线性系统可靠度分析的概率密度全局演化方法

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三轴剪切下砂土应变局部化宏微观特性演化规律离散元分析

振动工程学报 2024年第6期37卷 903-914页

作者：律梦泽陈建兵同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室上海 200092 同济大学土木工程学院上海 200092

实际工程结构遭受的灾害性动力作用(如强风、地震等)往往具有显著的随机性和非平稳性.对复杂随机激励下高维非线性系统的动力可靠度进行精细化分析,对于实际工程结构的抗灾设计和优化具有重要意义.基于一般连续随机过程的降维概率密度... 详细信息

实际工程结构遭受的灾害性动力作用(如强风、地震等)往往具有显著的随机性和非平稳性.对复杂随机激励下高维非线性系统的动力可靠度进行精细化分析,对于实际工程结构的抗灾设计和优化具有重要意义.基于一般连续随机过程的降维概率密度演化方程,给出了一类非平稳随机激励下的高维非线性系统动力可靠度分析方法.具体地,若仅针对系统某一感兴趣物理量在给定安全域下的首次超越问题,则可以构造该物理量在安全域内的吸收边界过程,并建立其瞬时概率密度函数满足的二维偏微分方程,即降维概率密度演化方程.方程中的本征漂移系数是驱动概率密度演化的全局性物理驱动力,可以通过对原系统有限次代表性确定性动力分析获取的数据进行数值构造.采用数值方法求解降维概率密度演化方程,即可获得系统的动力可靠度解答.文中通过两个算例验证了该方法的有效性,并讨论了需要进一步研究的问题.

关键词：降维概率密度演化方程高维非线性随机动力系统非平稳随机激励动力可靠度分析物理驱动

来源：博看期刊评论

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岩石力学与工程学报 2024年第S01期43卷 3586-3596页

作者：王思远蒋明镜石安宁天津大学建筑工程学院天津300350 苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215009 同济大学土木工程减灾国家重点实验室上海200092 同济大学土木工程学院上海200092

探究土体变形和剪切带空间演化特征对于评估岩土结构的稳定性具有重要意义。使用离散元法模拟砂土在柔性边界下三轴剪切试验,分析剪切带内外的宏微观特性演化规律,探究砂土应变局部化的宏微观跨尺度联系。首先,在离散元模拟中使用考虑... 详细信息

探究土体变形和剪切带空间演化特征对于评估岩土结构的稳定性具有重要意义。使用离散元法模拟砂土在柔性边界下三轴剪切试验,分析剪切带内外的宏微观特性演化规律,探究砂土应变局部化的宏微观跨尺度联系。首先,在离散元模拟中使用考虑颗粒形状影响的三维完整接触模型;随后,在三轴模拟中使用柔性边界代替刚性边界以保证剪切带的充分发展;最后,与已有试验进行对比验证模拟有效性,并从宏微观关联角度对其结果进行分析。结果表明:使用考虑颗粒形状影响的三维完整接触模型及柔性边界的三轴离散元模拟可以较好的再现净砂试样的应力-应变和体积响应及剪切带的发展过程;剪切带内外部的平均纯转动率(APR)值、孔隙率、力学配位数、各向异性系数等宏微观特征差异明显;随着轴向位移的增加,带内APR值、孔隙率均大于带外而力学配位数带外大于带内;剪切带内局部孔隙率及各项异性对试样整体孔隙演化和各向异性有重要影响。

关键词：土力学离散元模拟柔性边界应变局部化三轴压缩宏微观特性

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风机荷载作用下频率比对砂土动力响应的影响

同济大学学报（自然科学版） 2024年第5期52卷 738-748页

作者：张艳贾敏才蒋明镜谢志伟同济大学土木工程学院上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室上海200092 苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215009

海上风机在运行过程中风荷载与波浪荷载频率耦合作用对土体动力特性的影响不容忽略,为了探究这种影响,采用多向循环动单剪系统(VDDCSS)对砂土进行了一系列试验研究,分析了双向剪切频率比f_(r)对砂土动应变、动孔压比以及动强度的影响。... 详细信息

海上风机在运行过程中风荷载与波浪荷载频率耦合作用对土体动力特性的影响不容忽略,为了探究这种影响,采用多向循环动单剪系统(VDDCSS)对砂土进行了一系列试验研究,分析了双向剪切频率比f_(r)对砂土动应变、动孔压比以及动强度的影响。试验结果表明:剪应变发展受双向频率耦合及应力组合效应的影响。循环应力比(C_(SR))为0.15时,双向频率耦合效应大于应力组合作用;随着应力水平的增加(C_(SR)=0.20或0.25),频率耦合效应和应力组合作用均得到了加强。在低应力水平时,破坏试样的孔压曲线呈“上凹型”且频率比对试样孔压发展影响不大。而随着应力水平增加(C_(SR)=0.20或0.25),孔压最终值u_(max)随之增大。除f_(r)=1.00与10.00对应试样外,土体动强度随f_(r)与C_(SR)值增大而减少。f_(r)=5.00对应试样应变大、孔压值高、强度低的原因与此比值下土体受双向频率耦合与应力组合的叠加效果增强有关。

关键词：循环单剪频率比动应变动孔压动强度

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穿活动断裂带隧道抗错动易损性分析方法

岩土工程学报 2024年第10期46卷 2060-2068页

作者：禹海涛许桦霖卫一博同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092

活动断层错动作用是导致穿断层隧道结构破坏的主要因素,因此评估穿断层隧道结构的抗错动性能对于隧道抗震设计至关重要,然而目前研究尚缺乏针对穿断裂带隧道结构抗错动性能的评估方法。为此,提出了一种面向穿活动断裂带隧道结构抗错动... 详细信息

活动断层错动作用是导致穿断层隧道结构破坏的主要因素,因此评估穿断层隧道结构的抗错动性能对于隧道抗震设计至关重要,然而目前研究尚缺乏针对穿断裂带隧道结构抗错动性能的评估方法。为此,提出了一种面向穿活动断裂带隧道结构抗错动性能评估的易损性分析方法。首先,基于概率断层位错危险分析(PFDHA)推导隧址区断层位错超越概率计算公式;其次,建立围岩-断层-隧道相互作用体系的有限元分析模型,并选定易损性分析指标,采用拟静力弹塑性分析方法得到隧道损伤与断层位错量之间的量化关系;最后采用隧址区断层位错超越概率计算公式计算出任意给定地震动水准条件下穿活动断裂带隧道结构的抗错动易损性。以某穿活动走滑断层隧道为例,依据所建立的易损性评估方法开展影响因素分析,探究了断层倾角对隧道结构抗错动性能的影响规律,结果表明:断层倾角越小,穿断层处隧道结构的易损性越小,且上盘侧隧道衬砌易损性显著高于下盘;隧道易损性对5~8级矩震级的变化更为敏感;隧道选线沿着近破裂带端部穿越可显著降低隧道结构的受损概率。该方法可以定量描述穿断层隧道在给定地震动强度下的易损性程度,可为穿活动断裂带隧道结构抗震设计与抗错动性能评估提供科学依据和分析手段。

关键词：穿断层隧道活动断裂带易损性地震响应 PFDHA

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PEC柱抗火性能与防火保护方法研究

建筑结构学报 2024年第S1期 179-186页

作者：戚洪辉李瑞峰楼国彪李国强同济大学土木工程学院同济大学土木工程防灾国家实验室

为研究防火保护对PEC柱抗火性能的影响，对2根PEC柱进行耐火试验，其中1根柱翼缘受到非膨胀型防火涂料保护，另1根柱无防火保护。对PEC柱进行恒载作用下升温的瞬态试验，记录柱内型钢翼缘、腹板和混凝土温度以及轴向变形。试验结果表明... 详细信息

为研究防火保护对PEC柱抗火性能的影响，对2根PEC柱进行耐火试验，其中1根柱翼缘受到非膨胀型防火涂料保护，另1根柱无防火保护。对PEC柱进行恒载作用下升温的瞬态试验，记录柱内型钢翼缘、腹板和混凝土温度以及轴向变形。试验结果表明：对PEC柱翼缘进行防火保护能显著提高柱的抗火性能，试件的耐火极限增加111.5%;有防火保护的PEC柱翼缘内存在温度梯度，翼缘温度偏高。建立经试验验证的有限元分析模型，研究防火保护方法、延伸长度和导热系数的影响。参数分析结果表明，延伸型保护对提高耐火极限的作用最大，而增加延伸长度、减小防火保护层的导热系数能够提高柱的耐火极限。在工程设计中，建议延伸长度30 mm。

关键词： PEC柱翼缘型保护延伸型保护受火试验有限元分析抗火性能耐火极限

典型局部火灾场景下钢梁的CFD-FEM耦合研究

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建筑钢结构进展 2024年

作者：周靖罡王伟周晅毅丛北华同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学上海防灾救灾研究所

针对局部火灾，需要考虑建筑物构件不均匀受热情况下的热学与力学响应。研究对象为方钢管梁，模拟其在不同高度处承受底部火羽流冲击作用的热力学现象。有别于应用绝热表面温度概念来实现流固传热的单向迭代耦合，本文提出一种新的CFD-... 详细信息

针对局部火灾，需要考虑建筑物构件不均匀受热情况下的热学与力学响应。研究对象为方钢管梁，模拟其在不同高度处承受底部火羽流冲击作用的热力学现象。有别于应用绝热表面温度概念来实现流固传热的单向迭代耦合，本文提出一种新的CFD-FEM数值模拟手段，通过将火灾分析模块与热分析模块统一采用CFD方法开展来实现流固传热界面的双向直接耦合。首先通过典型局部火灾试验为例进行了该数值方法的准确性验证。继而在火灾模块中探究了空间速度场与温度场的分布规律，在热模块中探究了不同高度处钢梁的壁面热流的变化规律，以及辐射与对流热流随时间的变化规律。继而以固体温度为边界条件完成了结构模块分析，实现了固体域热力耦合，探讨了在此局部火灾场景下不同高度处钢梁的力学响应，探讨了其在受热后发生的屈服强度退化现象。

关键词：计算流体动力学局部火灾钢梁耦合热流

附加不同形式调谐质量惯容系统的高耸烟囱轻量化减震控制

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振动工程学报 2024年第3期37卷 464-475页

作者：张力张瑞甫薛松涛谢丽宇同济大学土木工程学院土木工程防灾减灾全国重点实验室上海200092 同济大学土木工程学院结构防灾减灾工程系上海200092 日本东北工业大学建筑系仙台982-8577

附加调谐质量阻尼器是烟囱结构的一种传统减震控制方法,然而其通常需要较大的附加质量及额外的安装空间,这为施工安装带来不便。本文提出附加调谐质量惯容系统(TMIS)控制高耸烟囱的地震响应,以利用惯容元件的表观质量效果实现轻量化减... 详细信息

附加调谐质量阻尼器是烟囱结构的一种传统减震控制方法,然而其通常需要较大的附加质量及额外的安装空间,这为施工安装带来不便。本文提出附加调谐质量惯容系统(TMIS)控制高耸烟囱的地震响应,以利用惯容元件的表观质量效果实现轻量化减震目标。同时,考虑烟囱高阶模态对其地震响应不容忽视的影响,提出沿烟囱高度布置的分布式TMIS以实现多模态控制效果。建立了基于两种不同惯容子系统的TMIS力学模型及相应的附加分布式TMIS烟囱运动方程。以金井清谱为随机地震激励输入,并基于改进的定点理论提出了分布式TMIS的部分设计参数简化假设,提出了基于需求的分布式TMIS烟囱结构多模态优化设计方法。通过实例验证了所建议设计方法的有效性,并对比检验了分布式TMIS的轻量化及多模态控制效果,通过参数分析检验了所采用的改进定点理论简化的合理性。结果表明:所建议的设计方法可以按照预定目标发挥两种分布式TMIS的减震性能,两种分布式TMIS均显示了明显的轻量化减震效果。

关键词：减震惯容烟囱多模态控制调谐

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模块化防屈曲钢板墙抗震性能

东南大学学报（自然科学版） 2024年第1期54卷 25-35页

作者：金华建孙飞飞李国强李可军常明媛陈明玲陈韬同济大学土木工程学院上海200092 同济中建蓝科金属减震技术研究中心上海200092 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 中建科工集团有限公司深圳518000

考虑经济性和便利性,提出了模块化防屈曲钢板墙及其常用模数,然后基于已有的防屈曲钢板墙的简化计算模型,推导了在不同墙数量情况下,模块化防屈曲钢板墙充分发挥抗震性能时,周边梁的承载力和刚度需求,并提出了周边梁的设计方法.进而,对... 详细信息

考虑经济性和便利性,提出了模块化防屈曲钢板墙及其常用模数,然后基于已有的防屈曲钢板墙的简化计算模型,推导了在不同墙数量情况下,模块化防屈曲钢板墙充分发挥抗震性能时,周边梁的承载力和刚度需求,并提出了周边梁的设计方法.进而,对模块化防屈曲钢板墙和整体墙进行了对比验证试验及其有限元模拟分析.研究结果表明:模块化防屈曲钢板墙能够达到与整体钢板墙相同的抗震性能,且周边梁未发生明显转动和破坏,说明所提出的周边梁设计方法是合理的;在层间位移角为1/50时,防屈曲钢板墙上下周边梁均未进入塑性,且承载力和初始刚度等的有限元值与试验值误差小于6%,从而进一步验证了其抗震性能.

关键词：模块化防屈曲钢板墙周边梁需求设计方法试验验证有限元分析