一种旋转黏滞质量阻尼器对结构响应的控制研究

基于黏滞阻尼单元、惯性质量单元和位移增效机制的原理,介绍了一种新型黏滞质量阻尼器,与传统黏滞质量阻尼器中黏滞单元和质量单元的并联方式不同,其黏滞单元与质量单元采用串联形式,故称为串联黏滞质量阻尼器(SVMD)。首先,阐述黏滞质量放大的概念;然后,建立了SVMD的力学分析模型,并对其进行了结构响应的频域分析、优化设计以及与其他类型阻尼器的对比研究;最后,在时域中对配置SVMD的单质点隔震体系进行了增量动力分析,分别对不同阻尼比和不同地面运动加速度峰值时的隔震体系响应进行了研究。结果表明:当在隔震层中安装SVMD时,单质点体系的隔震频域适用范围较黏滞阻尼器和调谐黏滞质量阻尼器要大,并且传递率较黏滞阻尼器更低;在隔震层位移相等的条件下,安装SVMD的单质点体系的绝对加速度响应更小且阻尼器的能量耗散效率更高。     

分布式多重调谐冲击阻尼器减震控制研究∗

为提高颗粒阻尼器对高层结构多模态控制性能,将颗粒阻尼技术与多重调谐质量阻尼器(MTMD)结合,提出了多重调谐冲击阻尼器(MTID),基于一个 20 层非线性 Benchmark 结构验证了多目标优化设计的 MTID 相对于单个调谐冲击阻尼器(STMD)的减震优越性,并研究了采用不同布置准则的分布式 MTID 的减震性能。结果表明：优化设计的 MTID 在减小主体结构的动力响应、非线性变形和塑性损伤等方面均具有更优异的控制性能;基于主体结构的模态特性确定 MTID 系统中 TID 的安装位置非常有效,将各个 TID 均安装于振型幅值最大的楼层可获得最优的振动控制性能。     

拟负刚度阻尼减振结构的动力特性与减振效果分析

对拟负刚度阻尼减振结构的动力特性与减振效果进行了研究。首先,证明了采用拟负刚度控制方法时,结构响应与外荷载之间满足齐次性;其次,对拟负刚度阻尼减振结构的加速度放大系数和位移放大系数进行了研究,并与粘滞阻尼减振结构的加速度放大系数和位移放大系数进行了比较;最后,对地震荷载作用下拟负刚度阻尼减振结构的减振效果进行了分析。研究结果表明:当外荷载与结构的频率比大于1或结构的周期较长时,拟负刚度控制对结构绝对加速度的控制效果要好于粘滞阻尼减振结构的控制效果,对结构位移的控制效果要差于粘滞阻尼减振结构的控制效果。     

大跨度钢连廊人致激励下MTMD减振控制

连廊作为人流量较大的公共通行区,跨度较大时容易发生舒适性问题,因此有必要采取减振措施来控制由于人行走激励产生的过量振动,改善结构的使用功能。文章对西安站东配楼45 m跨度钢桁架连廊进行人致振动响应计算,得出了结构在正常使用时各工况下的加速度响应情况,根据调谐质量阻尼器的减振原理设计出单频率及多频率的减振装置进行减振控制,并将结果进行对比。结果表明,连廊人致激励下的加速度响应超过舒适度限值,利用单频率TMD(Tuned Mass Damper)系统可以有效改善结构的舒适性能,减振率达81.2%,但控制频带较窄,存在去谐效应,采用多频率MTMD(Multiple TMDs)系统在保证减振效果的同时可以扩大减振频带宽度,具有更强的鲁棒性。     

大跨径钢管混凝土拱桥减震控制装置参数的研究

大跨度桥梁结构的减震控制研究对于桥梁结构的抗震安全具有重要意义。本文以主跨368m的茅草街大桥为研究对象,基于ANSYS建立了该桥的三维有限元模型,并采用子空间迭代法分析了该桥的动力特性。在此基础上进行了大跨度钢管混凝土拱桥的地震响应及减震控制研究,重点进行了弹性连接装置和粘滞阻尼器减震效果的参数敏感性分析,并对比分析了不同位置布设减震装置时的效果。结果表明,纵飘振型对该桥肋纵向相对位移的贡献最大;弹性连接装置和阻尼器均能有效减小地震作用下该桥的肋梁纵向相对位移;综合考虑各关键部位的地震响应时,同时采用两类减震装置并将其分散布置时的减震效果最佳。结论可供大跨度中承式钢管混凝土系杆拱桥的抗震设计参考。     

采用磁流变阻尼器的地震结构模糊控制

以磁流变阻尼器所在层的层间位移和层速度响应为输入变量，以控制电流为输出变量，根据抗震规范和实际经验提出了模糊控制器的合理的设计方法。对一个3层钢筋混凝土结构进行了实例分析，结果表明，模糊控制无论是对于位移响应还是加速度响应都有较好的控制效果。     

基于H_∞范数的调液阻尼器在减震控制中的参数优化

基于H∞范数,提出了偏心结构利用调液阻尼器减震控制的一种新的优化设计方法。该方法将优化目标取为从地震动到结构响应的传递函数的H∞范数,利用调液柱型阻尼器(Tuned Liquid Column Dampers,简称TLCD)和环形调液阻尼器(Circular Tuned Liquid Column Dampers,简称CTLCD)来控制偏心结构在多维地震作用下的扭转耦联振动,采用遗传算法来对阻尼器的相关参数进行优化。这种优化方法无需求解结构运动方程,所得到的阻尼器最优参数也不依赖于特定的地震动。用一个12层的偏心结构作为算例进行优化计算,结果表明,利用本文提出的优化方法所得到的阻尼器最优参数,在不同场地条件下,对偏心结构的扭转耦联振动均具有明显的减震效果。     

大跨度斜拉桥抗震性能分析与减震控制研究

本文以香溪河大桥为工程背景,利用大型有限元软件ANSYS建立该斜拉桥的有限元模型,进行地震作用下的动力非线性时程分析,并以COMBIN37单元模拟非线性粘滞阻尼器,研究了粘滞阻尼器参数对桥梁抗震性能的影响规律,并确定了合理的阻尼器参数取值。并对未设置与设置粘滞阻尼器的桥梁结构地震响应进行数值分析与比较,分析结果表明:合理设置粘滞阻尼器,可以有效降低桥梁结构关键部位在地震作用下的位移响应,并对结构内力也有一定的降低。本文研究结果为大跨度斜拉桥振动控制分析及工程应用具有重要的指导意义。     

SSI效应对粘弹性阻尼结构减震效果的影响分析

本文以一单跨7层框架结构为研究对象,对不同场地和地震波输入条件下的粘弹性阻尼结构进行了二维有限元时程分析,探讨了SSI(土-结构动力相互作用)效应对粘弹性阻尼结构减震效果的影响。分析结果表明:①在硬土和稍硬土地基条件下,SSI效应明显降低了结构的楼层位移峰值,若在抗震设计中对客观存在的SSI效应加以考虑,设置较少数量的阻尼器(与刚性地基假定条件下确定的阻尼器数量相比)就能使结构的实际地震位移反应满足基于刚性地基假定的地震位移控制目标;②粘弹性阻尼结构的减震效果与场地条件、输入地震动特性密切相关;③与刚性地基相比,SSI效应使粘弹性阻尼结构的减震效果明显降低,且地基越软,降低幅度越大。因此,在实际的工程设计中,应当充分考虑SSI效应,对粘弹性阻尼结构的减震控制效果进行合理的评价,并针对不同的场地条件选用合适的阻尼器类型和性能参数,才有可能达到预期的减震控制效果。     

结构抗震控制的动态仿真分析方法研究

介绍了结构抗震控制的仿真分析方法:将设置阻尼器的结构看作一受控系统,运用状态空间方法描述受控结构的运动微分方程,采用MATLAB中的SIMULINK工具箱进行动态仿真,得到整个受控结构在地震作用下的动态反应。文末给出了仿真分析算例,其分析结果表明采用SIMULINK能够有效、准确地分析设置非线性阻尼器的结构在地震作用下的动力响应。     

层间隔震结构简化模型地震响应计算方法研究

建立了层间隔震结构双质点系简化计算模型,研究了简化模型的动力特性及地震响应对模型质量比、周期比的敏感性,推导了模型参数的简化算式,提出了基于非比例阻尼的层间隔震结构的简化计算方法,并用实例验证了方法的可靠性和实用性。结果表明:层间隔震结构的动力特性与上下部结构质量比及周期比密切相关,并且可以反映层间隔震的高阶振型特点。利用本文提出的简化计算方法,可快速估计层间隔震结构的地震响应,方法概念清晰、计算简单且具有一定精度。     

自适应单摆式TMD及其减振效果的数值模拟

当单摆式调谐质量阻尼器(PTMD)的频率调谐至与结构的自振频率一致时,PTMD有良好的减振效果。由于结构的设计频率与实际频率之间的偏差和结构在使用过程中发生的损伤累积等,结构的自振频率可能会偏离PTMD的控制频率,降低PTMD的减振效果。为了改善传统PTMD对频率调谐敏感的缺陷,提出的自适应单摆式TMD基于PTMD频率仅与摆长有关的特点,利用短时傅里叶变换和环境激励法识别出结构的自振频率,然后自发地启动步进电机改变摆长,以调节PTMD频率与结构频率相同。介绍了一种自适应单摆式TMD的模型装置,并用数值模拟对比了其在各种激励作用下的结构响应。结果表明,自适应单摆式TMD对结构的频率识别精度高,能够提高结构的等效阻尼比,降低结构的加速度响应。自适应单摆式TMD能够提高PTMD的减振效果,提高结构的安全性和耐久性,延长结构的使用寿命,且构造简单、需电量小,具有较好的工程应用前景。     

桩-土-桥梁结构相互作用对斜拉桥减震控制的影响

基于Open Sees平台建立了桩-土-桥梁结构相互作用的非线性有限元模型,参照benchmark模型定义了8个斜拉桥性能评价指标,考虑脉冲型地震动的影响,分析了桩-土-结构相互作用对斜拉桥地震动响应的影响。研究显示,桩-土-结构相互作用效应对阻尼器减震效果的影响很大,无论是速度相关型阻尼器还是位移相关型阻尼器,大部分指标的控制效率均严重下降,特别是在脉冲型地震动作用下减震效率降低更加明显。     

设置套管阻尼器的框架支撑结构参数分析∗

提出了两种设置套管阻尼器的框架支撑结构。改变套管阻尼器的相对刚度、相对长度与屈服比等参数值以及套管阻尼器的布置方式,利用 ETABS 软件建立有限元模型,对框架支撑结构进行动力时程参数分析,提取结构的底部最大剪力和最大层间位移角作为结构地震响应的衡量标准,探究套管阻尼器的参数变化和布置数量对结构地震响应的影响规律,发现:对第一种结构形式,套管阻尼器的相对刚度、相对长度和屈服比宜取为 0.4、0.5 和 0.2;对第二种结构形式,套管阻尼器的相对刚度、相对长度和屈服比宜取为 0.6、0.5 和 0.4;并非各楼层都布置阻尼器可取得最佳的减震效果,对本文提出的两种设置套管阻尼器的工程应用形式而言,在底部四层设置套管阻尼器减震效果最好。     

地冲击荷载作用下双层结构磁流变阻尼器隔震效果的数值模拟

在抗爆结构中,一般采用单层隔震系统进行隔震,目前单层隔震系统的最大隔震率可以达到90%以上,但在加速度峰值很高的冲击荷载作用下,隔震后的结构响应加速度仍然很大。鉴于这种情况,本文对加入磁流变阻尼器(MRD)的双层隔震系统进行了研究。针对抗爆结构的两种典型荷载,采用改进Bouc-Wen模型和模糊控制方法,利用Matlab Simulink对双层隔震系统进行了数值模拟,计算了不同荷载作用下,不同隔震系统的加速度、位移及结构的振动剂量值(VDV)的响应,并与结构采用单层隔震系统的结果进行了对比。结果表明,与单层隔震系统相比,带有磁流变阻尼器的双层隔震系统没有太多的优越性。     

城市交通枢纽混凝土楼面动力放大系数实测研究

城市交通枢纽混凝土楼面的动力荷载效应不可忽视,现有结构设计规范尚未给出相应规定。以某大型城市公共交通枢纽为研究对象,开展了楼面结构在重载公交车辆作用下多个行车工况的现场测试,获取了不同行车速度下楼面结构的应变、挠度等动力响应,在此基础上计算了楼面结构的动力放大系数。结果表明:结构由动力荷载产生的响应明显大于静力荷载产生的响应;随行车速度的增加,动力放大系数先增大后减小;结构应变响应的动力放大系数比位移响应的动力放大系数取值范围大。研究成果可为大跨混凝土楼面板动力放大系数的取值提供参考。     

跨海桥梁灯柱风振灾害预防装置研究

为预防强风所致振动破坏跨海桥梁灯柱结构,研发设计新型组合式减振器,对阻尼器中颗粒冲击耗能参数、滚动调谐参数、降噪以及材质选取等方面开展试验研究,进行室内缩尺试验和实桥安装测试,证明该新型组合式减振装置对高柔路灯灯柱结构的风致振动控制具有良好效果,可有效预防风振破坏。     

等效力控制方法及其在混合试验中的应用

对于大型复杂结构的实时(拟动力)子结构试验,更适宜用无条件稳定的逐步积分方法。隐式逐步积分方法通常是无条件稳定的,然而需要复杂耗时的迭代求解非线性方法。为了避免迭代过程,等效力控制方法用反馈控制求解非线性方程,使隐式逐步积分方法在实时子结构试验中的应用成为可能。本文首先以平均加速度法为例介绍等效力控制方法的原理、关键参数的选取;然后介绍基于等效力控制的能量守恒子结构试验方法和隐式中点法;最后介绍这些方法在以防屈曲支撑阻尼器为试件的单自由度简化结构、以磁流变阻尼器为试件的海洋平台结构的实时子结构试验,以及装配式钢筋混凝土剪力墙结构和框支配筋砌块短肢剪力墙结构拟动力试验中的应用。研究结果表明:这三种等效力控制方法都具有很好的精度,等效力控制方法相对于中心差分法具有更好的稳定性。     

圆柱面巨型网格结构的粘滞阻尼器减震研究

以圆柱面交叉立体桁架系巨型网格结构为研究对象,在多遇地震下,选取结构的节点位移、加速度峰值为控制指标,运用ANSYS软件采用时程分析法从粘滞阻尼器的布置方案、阻尼系数等方面研究减震效果。比较分析后确定较优的布置方案及阻尼系数,进一步分析罕遇地震时的减震效果。结果表明,多遇地震时,采用大网格均匀布置的方式较部分大网格集中布置有更好的减震效果。随着阻尼系数的增大,位移减震率呈增长速率逐渐减小的递增趋势。当阻尼系数相对较小时,加速度减震率增长速率很快,但随阻尼系数增大会有降低的趋势。罕遇地震时,减震控制下的结构响应明显减小,屈服杆件大幅减少,粘滞阻尼器表现出较好的耗能特性。该研究结果对粘滞阻尼器应用于巨型网格结构中的减震设计有指导意义。     

大跨人行过街天桥利用MTMD减振控制的理论分析

大跨人行天桥的自振频率通常比较低,与人行走时的频率接近,因此行人通过天桥时容易产生竖向共振,影响天桥的正常使用。本文研究多重调谐质量阻尼(MTMD)系统对大跨人行过街天桥竖向振动的控制作用,首先建立起天桥-MTMD系统的分析模型,推导出系统的传递函数及动力放大系数的数学表达式,继而分析了TMD的数量、阻尼比和频带宽等参数对结构的动力放大系数的影响,为实际工程结构设计MTMD减振系统时提供参考。以沈阳某大跨人行天桥为例,进行MTMD优化设置后,能有效减小天桥的受迫振动和自由振动,从而将振动控制在人体的舒适度范围之内。