工程結構在風、地震等動力荷載作用下的響應是結構抗災分析和設計的重要內容。給定荷載作用下，結構質量、剛度和阻尼是影響結構動力響應的主要因素。在結構分析中，前二者都能很清楚地確定，然而由于阻尼機制的復雜性和多樣性，工程上為了處理方便，通常將阻尼力簡化為粘滯阻尼力來處理。本項目采用理論分析、試驗和數值方法研究了一種卷積型非粘滯阻尼模型。主要研究內容分為四個方面：1. 研究了該阻尼模型描述的阻尼機理、響應特點以及與粘滯阻尼模型機理的異同；2. 研究了該阻尼模型的參數識別方法；3. 研究了采用該類阻尼模型的結構動力響應分析方法；4. 試驗研究驗證了該模型對常見的阻尼材料阻尼力的描述能力。 首先，理論上，卷積型非粘滯阻尼模型對結構的阻尼機理描述具有更好的普適性，它可退化得到常用的粘滯阻尼模型。與粘滯阻尼模型相比，試驗研究表明非粘滯阻尼模型具有同等或更好的描述能力（取決于阻尼材料或者機理）；在相同阻尼比情況下，由于該模型“松弛”效應，非粘滯阻尼模型系統的響應比相應的粘滯阻尼系統響應大，影響程度及響應相位差與結構自振周期之比有關；在過阻尼情況下（ζ>1），非粘滯阻尼系統仍然可能產生振動。 研究提出了兩種卷積型非粘滯阻尼系統參數識別方法，包括：非粘滯阻尼系統阻尼系數識別的拉普拉斯域方法和指數型非粘滯阻尼模型的松弛因子的識別方法。數值仿真和試驗研究表明,該方法能有效地識別這種非粘滯阻尼模型的阻尼系數；當阻尼的非粘滯性不強時,其得到的結果與已有方法對粘滯阻尼參數識別結果一致。 研究提出了三種包括該阻尼模型的結構動力響應分析方法，包括：基于Volterra積分方程Taylor展開的卷積型非粘滯阻尼系統響應的時程分析方法，非粘滯阻尼系統時程響應分析的精細積分方法和微分求積求解算法。采用后一種算法，建立了一套可將該阻尼模型及其求解算法嵌入通用有限元軟件的結構動力響應求解系統，用于復雜結構動力響應分析，并對某大型復雜超高層建筑結構的風振響應進行了分析。 針對建筑結構常用的粘彈性阻尼和粘滯阻尼材料，分別對進行了阻尼器性能試驗；應用卷積型非粘滯阻尼理論建立其阻尼力模型，并確定其參數；分別對安裝了這兩種阻尼器的鋼框架進行了振動臺試驗，將測試的結果響應與數值分析結果進行對比，驗證了該模型對這兩種阻尼材料的描述能力和精度。 2100433B

本項目針對現有粘滯阻尼力模型對結構阻尼機制描述的不足、新材料和新技術在現代結構體系中的應用給阻尼模擬帶來的挑戰，研究一類非粘滯阻尼機制，發展相應的阻尼力模型及其參數識別方法和相應的結構動力響應分析方法。研究內容包括：1.試驗研究粘彈性等阻尼材料的阻尼特性，采用非粘滯阻尼理論建立和發展一類新的非粘滯阻尼力模型。2.研究非粘滯阻尼力模型的復模態分析方法，發展阻尼力模型參數的識別方法；3.研究耦合了非粘滯阻尼力模型的結構動力響應的分析方法，重點發展動力響應分析的時間離散數值算法。4.將粘彈性材料、增強阻尼混凝土等材料引入模型結構，通過試驗驗證所發展的阻尼力模型及其相關算法。本項目的研究將深化對阻尼機理的認識，豐富結構的阻尼力模型，完善和發展結構動力響應分析方法，提高結構抗災動力響應分析的精細化水平，推動新材料和新技術在現代土木工程結構中的應用。

1976年唐山及2008年汶川發生的強震造成了巨大的人員傷亡和財產損失，本項目針對城鎮多層及低層建筑結構，提出一種新型建筑減震體系即非固結減震結構體系的設想，針對該減震結構體系開展了地震作用下非固結減震結構的空間動力模型及損傷機理研究工作，主要研究工作內容和取得的研究成果包括：①針對非固結減震體系提出一種錐形非固結減震裝置，對裝置的關鍵參數坡度角及聚氨酯高阻尼材料復合減震層開展研究，設計并加工不同坡度角和減震層為氯丁橡膠、丁基橡膠、聚四氟乙烯等的錐形非固結隔震支座，對不同參數的支座進行水平力學性能試驗，研究坡度角、阻尼材料類型、阻尼材料厚度、加載振幅、加載頻率及高應力等對支座力學性能的影響，試驗結果表明非固結支座在多因素影響下具有穩定的力學性能，得到了不同坡度角、減震層材料支座的耗能能力及各種因素的影響規律。②基于不同坡度角非固結支座靜力試驗滯回曲線，采用ABAQUS軟件進行支座三維模擬，采用超彈性力學模型系統地開展非固結混凝土承臺與聚氨酯高阻尼材料復合減震層的本構關系及彈塑性滯回性能研究，對支座的運動過程進行數值模擬，提出支座受力位移三階段的運動狀態，基于三階段的運動狀態提出考慮壓應力/應變/頻率等多因素效應的支座恢復力骨架曲線公式及簡化模型。③對采用非固結錐形隔震支座的縮尺1:4鋼框架結構模型進行了水平和豎向單向地震波輸入下的振動臺試驗。通過輸入不同類型的地震波分析上部結構和錐形支座的地震反應。試驗結果表明，在8度和9度罕遇地震作用下，上部結構的加速度峰值比輸入加速度峰值增加10%-50%，與普通抗震結構相比具有較理想的減震效果。采用有限元軟件建模分析大震下非固結減震結構的動力響應，數值模型的地震響應與振動臺試驗實測曲線較吻合，試驗與數值分析結果一致性良好。④基于錐形非固結支座的幾何特性，分析了非固結支座在地震作用下的沖擊效應，探討了沖擊效應在不同地震烈度、不同場地波下對結構響應的影響。采用有限元軟件模擬非固結隔震結構的地震響應，結合振動臺試驗結果分析結構的沖擊效應，劃分兩種沖擊狀態并定義了沖擊放大系數，建立了非固結減震結構沖擊效應的判定標準。⑤針對錐形非固結支座不能承受拉力的特點，研究了罕遇地震下結構的抗傾覆可靠性，提出了三種非固結結構高寬比限值計算方法，分析不同烈度區、不同場地條件下結構的高寬比限值，給出了非固結隔震結構的抗傾覆驗算的計算依據。 2100433B

我國河北唐山及四川汶川發生的強烈地震造成了巨大的人員傷亡和財產損失，加緊構建特大地震作用下具有高抗震能力的城鎮建筑結構體系已成為亟待解決的課題。本申請項目旨在建立非固結混凝土承臺減震結構體系，通過基礎理論研究、動力模型試驗和數值分析等方法，系統地開展非固結混凝土承臺與聚氨酯高阻尼材料復合減震層的本構關系及彈塑性滯回性能研究，提出考慮壓應力/應變/頻率等多因素效應的數學力學模型；研究非固結混凝土承臺減震結構考慮水平雙向地震與豎向地震耦合效應的非線性分析模型，提出減震結構考慮沖擊效應的數學力學模型、反應譜分析理論以及相應的地震反應預測理論；特別是通過靜力及動力試驗和理論研究探索非固結混凝土承臺減震結構在特大地震輸入下的性態特征和損傷機理。本項目的開展對于提升我國城鎮民用建筑的抗震安全性能具有重要的意義，符合國家城鎮建設發展和抗震防災規劃，項目將力求為非固結混凝土承臺減震結構提供應用基礎理論。

水工結構動力模型試驗(Hydraulic structure dynamic model test)是指通過以相似原理制作的模型和所施加的動力荷載來研究水工結構物的動力特性及其在各種動力荷載作用下的動力響應的試驗。