黏滞阻尼器对拉索参数振动的控制分析

提出采用黏滞阻尼器对拉索参数振动进行控制,建立了黏滞阻尼器控制拉索参数振动的运动方程。从频域和时域以及起振幅值等角度,研究了最优黏滞阻尼器对不同垂度拉索参数振动的控制效果;此外,还研究了最优黏滞阻尼器安装位置对拉索参数振动控制效果的影响。研究表明,黏滞阻尼器可以有效控制拉索的参数振动,控制效果与拉索的激励幅值、最优阻尼器的安装位置和斜拉索的垂度有关。激励幅值越大,控制效果一般越差;最优阻尼器的安装位置越靠近跨中,则控制效果越好;黏滞阻尼器对大垂度拉索的控制效果不及对小垂度拉索的控制效果。     

斜拉索风雨激振水线的超声波测试研究

斜拉索风雨激振是在风和雨联合作用下的大幅值振动,斜拉索表面水线的形成和振荡是其发生风雨激振的一个重要原因。本文利用超声波传播和反射原理,建立一套适应于斜拉索表面水线监测的超声波测试系统,对水线特征进行定量的分析研究。在风洞中再现斜拉索的风雨激振,在测量斜拉索风雨激振响应的同时,测量得到斜拉索表面水线的振荡时程,分析了水线振动幅值与平衡位置,并得到上水线振荡频率与斜拉索风雨激振的频率相等。     

内共振对斜拉索面内瞬时相频特性的影响

为研究内共振对斜拉索的瞬时相频特性的影响,利用多尺度法对拉索面内分布激励下的运动方程进行摄动求解,分别得到不计内共振和计内共振2种状态下面内主共振响应的近似解析式以及其稳态方程,最后采用Hilbert变换分别得到两者面内响应与激励的瞬时相位差及其幅值.同时在小垂度条件下,研究了不同索力下内共振对拉索面内响应与激励的瞬时...     

斜拉索局部振动对结构地震响应的影响

以苏通长江公路大桥为研究对象,将斜拉索分成若干等长度的单元模拟斜拉索局部振动,以探讨其对结构地震响应的影响。计算结果表明:考虑斜拉索局部振动后,结构的自振频率变化较小;由于斜拉索基频与结构基频相近,斜拉索在地震动作用下,大幅振动,同时索—梁耦合振动明显,主梁和主塔内力降低,主塔根部弯矩明显减小。     

考虑斜拉索刚度、垂度、阻尼的非线性运动方程研究

随着斜拉桥跨径的快速增长,斜拉索的长度也大大增加,斜拉索是斜拉桥的主要受力构件,其在外荷载作用下经常引发大幅振动,这样就降低了斜拉索的寿命或造成拉索的破坏,因此研究斜拉索的非线性运动方程对解决振动问题具有实际工程的意义。本文在考虑斜拉索非线性静平衡曲线、抗弯刚度、粘滞阻尼影响的斜拉索平面内非线性振动的基础上,建立了斜拉索非线性运动方程。采用Galerkin法解耦了斜拉索非线性运动方程,并运用Runge-Kutta法对其自由振动和周期强迫振动两种情形进行了求解,最后,通过对该索的理论计算数据与原型仿真数据的对比分析,可知上述非线性方程比传统的线性方程更精确。本文的研究为今后斜拉索的非线性分析及其振动控制奠定了一定的理论基础。     

斜拉索拱与索拱体系静动力性能的对比性研究

在索拱结构的基础上添加上部斜拉系统则构成了斜拉索拱结构,因此两种结构呈现出不同的受力特性。本文基于实际的工程背景,借助ANSYS建立斜拉索拱结构与索拱结构的有限元分析模型,在四种相同荷载工况作用下,对静力性能和动力性能,进行了结构参数的比较分析,得出了两者在力学性能的异同。结果表明斜拉索拱结构的受力特性优于索拱结构。     

基于环境振动的斜拉桥拉索基频识别

斜拉索是现代斜拉桥最重要的结构构件，索力在斜拉桥的施工控制和长期监测中起着重要作用。振动测试法是斜拉桥索力测定、监测和状态评估中应用最广泛的一种方法。振动法测索力的关键在于准确地识别出索的基频。本文使用自功率谱和倒频谱方法，基于MATLAB平台，开发出了斜拉桥拉索环境振动模态分析图形用户交互(GUI)工具箱，实现了斜拉索基频的快速自动识别。应用本文的方法，对福州青洲闽江主跨605m斜拉桥拉索的环境振动实测加速度数据进行了分析处理，斜拉索基频识别方便直观，结果可靠。     

相邻结构地震反应MR阻尼器控制的仿真分析

本文仿真分析了应用磁流变(MR)阻尼器对相邻结构地震反应的控制效果,为进一步开展模型试验研究奠定了基础。建立了地震激励下相邻结构MR阻尼器控制系统的运动方程,提出了描述MR阻尼器阻尼力滞回特性的改进S igmoid模型,分别对应用开关控制、半主动控制以及最小或最大电流被动控制的四种控制方法的相邻结构地震反应的控制效果进行了仿真分析。结果表明,在相邻结构间连接安装MR阻尼器可以有效地控制相邻结构的地震反应,且开关控制方法和半主动控制方法的控制效果均好于两种被动控制方法,体现了MR阻尼器阻尼力可调的优点;在四种控制方法中,半主动控制方法的控制效果最好,体现了MR阻尼器阻尼力具有连续调节能力的优点;若能解决MR阻尼器的剩磁问题,半主动控制方法的控制效果会得到进一步的提高。     

面内端部激励下斜拉索振动方程推导与求解

为精确描述面内端部激励下拉索非线性振动机制,构建抽象端部激励下的拉索力学描述模型,分别推导了拉索拟静态振动和模态振动控制方程,基于有限差分法给出了拉索模态振动的数值求解方法。由于垂度效应的影响,在轴向、竖向以及轴向和竖向共同激励下拉索的拟静态索力与端部位移采用一个非线性方程予以表征。拉索拟静态振动可视作外部激励施加在拉索上,引起拉索的非线性模态振动,通过理论推导分别求得模态振动的控制方程和变形协调方程。在模态振动过程中,拉索的动力特性(如刚度和周期)不断变化,索力和拉索变形相互耦合,使得其求解非常复杂。采用有限差分法进行数值求解,并基于有限元方法验证了数值求解方法的准确性。重点讨论了拉索模态振动共振机制,结果表明,在轴向、竖向以及轴向和竖向激励下,拉索模态振动存在多个共振区域,包括小周期、0.5T₁、T₁和2T₁等(T₁为成桥状态下拉索基本振动周期);在共振区域内,拉索振动索力幅度较大,模态振动对总索力的贡献系数较高,超过0.4,在实际工程中不容忽视;拉索阻尼对模态振动的影响较大,增加拉索阻尼比将改...     

带裙房高层建筑地震反应控制振动台试验研究

2002年9月在香港理工大学成功地进行了带裙房高层建筑地震反应控制试验研究。设计和制作的结构模型是带3层裙房的12层高楼剪切模型,在裙房顶层与主楼之间安装单MR阻尼器形成MR阻尼器耦联结构模型。MR阻尼器采用美国LORD公司摩擦型MR阻尼器,并且选用其配套产品计算机电流控制器对其进行控制,控制系统采用德国dSPACE公司实时控制系统。对独立主楼、独立裙房和原结构模型的动力特性进行了辨识;对结构模型进行了El Centro地震动作用下的地震反应振动台试验;以作者提出的MR阻尼器半主动逻辑控制算法,对MR阻尼器耦联的结构模型进行了地震反应振动台试验。试验结果表明：用MR阻尼器耦联主楼与裙房,采用半主动逻辑控制方法进行控制,能有效抑制主楼的鞭梢效应并使主楼和裙房的地震反应减小。     

高架桥梁地震响应模糊半主动控制

提出了使用MR阻尼器（Magnetorheological Damper）作为控制设备，以模糊集为基础的半主动控制算法，研究了8种模糊控制规则在高架桥梁地震响应中的控制效果。本文提出的模糊方法的优势在于算法自身的鲁棒性、处理非线性问题的能力和不需要结构的精确数学模型，算法需要的输入变量少，模糊算法的输出直接控制MR阻尼器的输入电压，与LQR-clipped算法不同，MR阻尼器的输入电压可以是零与最大值之间的任意值。根据高架桥梁的结构特点，将典型的墩-支座-桥面结构简化为一个两自由度的线性系统，计算了El Centro地震激励下，MR模糊半主动控制的地震响应，并分别与没有控制及其他控制时的地震响应进行了对比，分析了各种控制算法的控制效果。研究结果表明，MR模糊半主动控制算法可以达到LQR-clipped半主动的控制效果，且模糊控制所需要的控制力较小，为有效地发挥MR阻尼器的功能提供了一种简单的半主动算法。     

一种新型金属变摩擦耗能器的研发与应用

基于被动控制理论,提出一种新型的金属变摩擦耗能阻尼器。通过改变金属摩擦面的摩擦面积,使摩擦系数具有随位移改变而变化的特性。在金属摩擦学理论的基础上,建立了金属变摩擦耗能器的阻尼力计算模型与产品的开发。理论计算与实验数据表明：新型金属变摩擦耗能器的减震性能显著优于常规阻尼器,避免了传统阻尼装置（如油阻尼器）存在的造价高、维护复杂、易漏油的问题;克服了常规摩擦耗能器不能在不同大小荷载作用下保持同样控制效果的缺点,能做到抗震耗能器在不同荷载下保持很好的抗震效果,真正做到＂小震小位移少耗能,大震大位移多耗能＂的智能控制。     

Seismic response control of frame structures using magnetorheological/electrorheological dampers

Semi‐active control of buildings and structures for earthquake hazard mitigation represents a relatively new research area. Two optimal displacement control strategies for semi‐active control of seismic response of frame structures using magnetorheological (MR) dampers or electrorheological (ER) dampers are proposed in this study. The efficacy of these displacement control strategies is compared with the optimal force control strategy. The stiffness of brace system supporting the smart damper is also taken into consideration. An extensive parameter study is carried out to find the optimal parameters of MR or ER fluids, by which the maximum reduction of seismic response may be achieved, and to assess the effects of earthquake intensity and brace stiffness on damper performance. The work on example buildings showed that the installation of the smart dampers with proper parameters and proper control strategy could significantly reduce seismic responses of structures, and the performance of the smart damper is better than that of the common brace or the passive devices. The optimal parameters of the damper and the proper control strategy could be identified through a parameter study. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

Experimental verification of torsional response control of asymmetric buildings using MR dampers

This paper proposes a semiactive control system to reduce the coupled lateral and torsional motions in asymmetric buildings subjected to horizontal seismic excitations. Magnetorheological (MR) dampers are applied as semiactive control devices and the control input determination is based on a clipped‐optimal control algorithm which uses absolute acceleration feedback. The performance of this method is studied experimentally using a 2‐story building model with an asymmetric stiffness distribution. An automated system identification methodology is implemented to develop a control‐oriented model which has the natural frequencies observed in the experimental system. The parameters for the MR damper model are identified using experimental data to develop an integrated model of the structure and MR dampers. To demonstrate the performance of this control system on the experimental structure, a shake table is used to reproduce an El Centro 1940 N–S earthquake as well as a random white noise excitation. The responses for the proposed control system are compared to those of passive control cases in which a constant voltage is applied to the MR damper. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

A method of calculating the non‐linear seismic response of a building braced with viscoelastic dampers

Buildings are continually subject to dynamic loads, such as wind load, seismic ground motion, and even the load from internal utility machines. The recent trend of constructing more flexible high‐rise buildings underscores the importance of including viscoelastic dampers in building designs. Viscoelastic dampers are used to control the dynamic response of a building. If the seismic design is based only on the linear response spectrum, considerable error may occur when calculating the seismic response of a building; rubber viscoelastic dampers show non‐linear hysteretic damping that is quite different from viscous damping. This study generated a non‐linear response spectrum using a non‐linear oscillator model to simulate a building with viscoelastic dampers installed. The parameters used in the non‐linear damper model were obtained experimentally from dynamic loading tests. The results show that viscoelastic dampers effectively reduce the seismic displacement response of a structure, but transmit more seismic force to the structure, which essentially increases its seismic acceleration response. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

Centrifuge modelling of structures with oil dampers under seismic loading

Experimental research into the seismic performance of buildings with passive oil dampers has so far been restricted to large-scale testing of frames erected on laboratory shaking tables that ignore the foundation soil below. This simplification of the problem falls short of replicating dynamic soil-structure interaction that would occur in the field. This paper presents the first experimental attempt at utilising high gravity dynamic centrifuge testing to replicate the response of a damped building at a reduced model scale. The paper compares the dynamic response of two similar two-degree-of-freedom model sway frames, one control (bare) frame and one frame equipped with miniature oil dampers, both structures founded on shallow raft foundations in dry dense sand. The miniature oil dampers successfully mitigate floor accelerations, drifts, and storey shear forces in the damped frame with minor modification to the frame stiffness. For strong, near resonance motions, global rocking of the undamped frame associated with physical uplifting of the foundation from the soil surface and subsequent yielding of sand beneath has led to floor acceleration levels, which are comparable to those obtained in the damped building fitted with miniature oil dampers. Assessment of the instrumentation installed on the miniature oil dampers reveals a viscoelastic damper behaviour with a dependency on stroke magnitude and on velocity.     

新型形状记忆合金阻尼器的试验研究

本文在对形状记忆合金(SMA)的力学性能研究的基础上，设计和制造出一种性能良好的SMA阻尼器，介绍了其工作原理及有关试验结果，将该阻尼器安装在斜拉桥模型上，进行了斜拉桥模型振动试验。试验结果表明该阻尼器的耗能效果明显，在工程结构振动控制方面具有比较好的应用前景。     

基于半主动控制的MR阻尼器控制力优化

本文研究半主动控制系统中磁流变(MR)阻尼器的控制力优化问题,从而提高MR阻尼器的半主动控制效果。文中首先建立了多自由度结构MR阻尼器控制系统的运动方程;然后根据MR阻尼器的出力特性提出了结构控制的半主动控制律,并对控制率中MR阻尼器的最大控制力设计值提出了不同的优化取值方法;最后仿真分析了MR阻尼器的不同最大控制力设计值对不同自由度结构的控制效果。研究表明,当设计值取最优控制力的平均绝对值或均方根值时,MR阻尼器的最大控制力比最优控制力的最大值降低了85%,而控制效果降低不多,可以满足对结构的控制要求;降低最大控制力设计值后,不但可以充分发挥MR阻尼器的出力性能,而且可以缩小MR阻尼器的设计尺寸,便于工程应用。     

MR阻尼器对桅杆结构风振响应的智能半主动控制

本文基于修正的拉格朗日坐标描述法，推导了空间四节点纤绳单元的大位移刚度矩阵的具体表达式。在将桅杆结构离散为空间四节点纤绳单元和梁单元的计算模型的基础上，建立了桅杆结构非线性风振响应分析的有限元方法。根据瞬时最优主动控制的原则，提出了MR阻尼器对桅杆结构风振反应智能半主动控制基于阻尼器位移的“开关—耗能”半主动控制策略。算例结果表明MR阻尼器能有效地减小桅杆结构的风振反应。