多因素影響下建筑結(jié)構(gòu)隨機阻尼的研究基本信息

長期以來各國的結(jié)構(gòu)阻尼取值都僅主要考慮結(jié)構(gòu)所用材料這一因素，并且差異很大，嚴重影響結(jié)構(gòu)計算和結(jié)構(gòu)控制的準確度。本研究以世界各國大量的建筑阻尼的實測數(shù)據(jù)為依據(jù)，并通過振動臺進行模型實驗，對多因素影響的結(jié)構(gòu)隨機阻尼進行綜合分析，找出其規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型和編制程序，因此本項目具有課題前沿，理論先進，以工程建設(shè)為背景的特點。 2100433B

主要針對土木、機械、航天等領(lǐng)域的阻尼比定義來講解。阻尼比用于表達結(jié)構(gòu)阻尼的大小，是結(jié)構(gòu)的動力特性之一，是描述結(jié)構(gòu)在振動過程中某種能量耗散的術(shù)語，引起結(jié)構(gòu)能量耗散的因素（或稱之為影響結(jié)構(gòu)阻尼比的因素）很多，主要有（1）材料阻尼、這是能量耗散的主要原因。（2）周圍介質(zhì)對振動的阻尼。 （3）節(jié)點、支座聯(lián)接處的阻尼（4）通過支座基礎(chǔ)散失一部分能量。（5）結(jié)構(gòu)的工藝性對振動的阻尼。

作為一種新型隔震措施，周期性隔震基礎(chǔ)已得到研究者越來越多的關(guān)注。在不考慮材料阻尼情況下，周期性隔震基礎(chǔ)的隔震機理已較明晰。然而，由于理論分析上的困難，材料阻尼因素對周期性隔震基礎(chǔ)濾波特性的影響一直未能考慮。本項目將系統(tǒng)研究計入阻尼因素后周期性結(jié)構(gòu)頻散關(guān)系分析方法以及阻尼因素對周期性隔震基礎(chǔ)濾波特性的影響。研究內(nèi)容主要包括：1）考慮阻尼因素，尋求周期性結(jié)構(gòu)頻散關(guān)系的求解方法，建立周期性結(jié)構(gòu)濾波特性與耗能特性簡化分析模型；2）研究有限周期性結(jié)構(gòu)的能量流動特性，揭示濾波衰減作用和耗能衰減作用的影響機理；3）針對不同地震動、上部結(jié)構(gòu)特性等因素，研究阻尼對周期性隔震基礎(chǔ)濾波特性的影響，提出考慮阻尼后周期性隔震基礎(chǔ)的簡化設(shè)計方法。通過本項目研究，可望給出計及阻尼時周期性結(jié)構(gòu)頻散關(guān)系的有效求解方法，揭示材料阻尼對周期性隔震基礎(chǔ)濾波特性的影響，進而豐富和完善周期性隔震基礎(chǔ)的計算理論和設(shè)計方法。

顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)是對顆粒阻尼和調(diào)諧質(zhì)量阻尼有機結(jié)合的新型阻尼系統(tǒng)，既能有效拓寬調(diào)諧質(zhì)量阻尼的減振頻帶、提高減振效率和耐久性，又為顆粒阻尼的結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用提供了實現(xiàn)途徑。本課題通過振動臺試驗、風(fēng)洞模型試驗、數(shù)值分析以及參數(shù)優(yōu)化對顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)的減振機理及應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)振動控制的效果進行了研究，揭示了其工作機理和物理本質(zhì)。五層鋼框架的對比試驗表明在不同地震作用下，顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)均能達到較好的減震效果，其中在上海人工波作用下的減震效果最好（均方根位移與加速度響應(yīng)減震率分別達到72.17%與70.99%）；另外，合理的參數(shù)選取更有利于發(fā)揮顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)的性能，開展了附加顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)的氣彈風(fēng)洞試驗（縮尺比為1：200），試驗研究表明顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)對高層建筑風(fēng)致振動響應(yīng)有良好的減振控制效果，控制合理的顆粒密度、增加顆粒數(shù)量、加劇顆粒之間的碰撞等均可以提高其減振效果；基于多顆粒等效原則建立顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的數(shù)值模型，數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果整體吻合較好，峰值加速度吻合較好，而均方根加速度也可以將誤差控制在可接受的范圍內(nèi)；通過微分演化算法對顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)進行了全局優(yōu)化，相比于傳統(tǒng)設(shè)計，優(yōu)化設(shè)計的減振率提高了約50%；最后，提出合理的實用設(shè)計方法，明確相應(yīng)的核心技術(shù)、設(shè)計流程、構(gòu)造、制作、安裝和測試要求，并用于指導(dǎo)工程實踐。本課題展示了顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)在土木工程應(yīng)用的巨大前景，為土木結(jié)構(gòu)振動控制的發(fā)展提供了另一種有效的途徑，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。