大底盘多塔楼结构的混合隔震控制

结合某实际工程,针对大底盘多塔楼结构提出混合隔震的控制策略,即对大底盘上的一栋或多栋塔楼采用隔震技术,并在隔震层附设一定数量的被动、主动或半主动的减震控制装置。建立了这种大底盘多塔楼结构混合隔震控制体系的运动方程,方程中各塔楼与下部结构及隔震层之间的刚度解耦,并考虑了隔震层的非线性。研究中比较了被动非线性粘滞阻尼器,半主动变孔隙阻尼器与理想主动控制时的减震控制效果。结果表明,这种混合隔震体系可以有效地减小上部塔楼与下部结构的地震反应,提高大底盘多塔楼结构的抗震安全性,取得明显的经济和社会效益。半主动变孔隙阻尼器可以极好地追踪理想主动控制力,取得与理想主动控制相近的减震控制效果。被动非线性粘滞阻尼器也能取得较好的减震效果,且易于维护,经济性较好,从工程应用的角度来看更为现实可行,具有较好的应用推广价值。     

TMD参数对高耸结构风振控制的影响

以电视塔为例，研究了被动TMD系统对高耸结构风振控制的效果和影响其控制效果的相应参数，然后对TMD参数进行了优化设计，得到了系统更加突出的控制效果。     

混沌遗传算法在高层结构风振控制优化中的应用研究

将混沌遗传算法(Chaos Genetic Algorithm,简称CGA)引入高层结构的风振控制优化中,对采用黏弹性阻尼器来控制风振响应的高层结构进行参数优化;用Matlab语言编制了均布法、迭代法、简单遗传算法(Simple Genetic Algorithm,简称SGA)和混沌遗传算法的风振控制优化分析程序;对9个高层结构进行风振控制优化,对比了算法程序的计算效率以及无控、均布、迭代、SGA和CGA工况下的结构风振响应。研究结果表明:混沌遗传算法可以应用于高层结构风振控制优化之中;混沌遗传算法的计算效率比简单遗传算法最高提升了29%;经混沌遗传算法优化后,黏弹性阻尼器附加给结构的附加阻尼比与均布和迭代相比最高分别提高了61%和22%,CGA工况的顶层加速度响应与均布和迭代法相比最高分别减小了14%和12%。为高层结构风振控制优化研究提供了新思路,具有一定的理论价值和实际意义。     

大连国贸大厦高层水箱风振控制研究及应用

本文针对一实际工程结构———大连国贸大厦,研究了风荷载作用下调液阻尼器的减振控制作用。首先建立了该结构的简化计算模型,利用Davenport谱给出了模拟风荷载。在大厦所处位置进行多次测量,得到实际风速样本。选取其中风速较大、过程平稳的样本,对实测样本和模拟样本的频谱进行比较,验证了模拟风荷载的合理性。文中将大厦顶层的生活水箱设计成可减小结构位移及加速度反应的控制装置TLD(tuned liqu id damper),根据不同工况进行数值计算,选出最佳方案,设计出可实际应用、并达到一定减振效果的减振水箱,以提高大厦在风荷载作用下的舒适度。     

地王大厦风振TMD主被动切换混合控制研究

本文采用调谐质量阻尼器对地王大厦这一高层建筑在风荷载作用下的顶点位移进行主被动混合控制，即508重现期风荷载作用下用TMD被动控制，1008重现期风荷载作用下切换为TMD主动控制。理论分析和计算表明，这种控制方式造价低，经济效果佳，以较小的能量输入可取得较优的控制效果。     

土-结构动力相互作用对结构控制的影响

本文研究了土-结构动力相互作用对采取不同控制措施的结构控制效果的影响。文中首先建立了主动调谐质量阻尼器(ATMD)、半主动磁流变阻尼器(MR)和被动多重调谐质量阻尼器(MTMD)等三种结构控制措施在时域中的控制算法和控制律，然后基于子结构法，采用间接边界元方法，通过傅里叶变换，推导了分别安装三种结构控制措施的受控结构在频域中的运动方程，数值仿真分析了某36层高层建筑的地震反应及其控制效果。结果表明，当采用ATMD或MTMD控制时，考虑土-结构动力相互作用后结构地震反应有所减小；当采用MR控制时，考虑土-结构动力相互作用后结构地震反应有很大程度的减小。由此看来，在设计软土地基上高层结构的结构控制措施时，不考虑土-结构动力相互作用对结构控制效果的影响是偏于安全的。     

大底盘多塔楼连体砌体结构房屋弹塑性地震反应分析

在楼板分区刚性假定的基础上,以弹性变形梁模拟空中连廊的变形,建立了时程分析的复合刚片系振动模型,引入了砌体的滞回特性,该模型可用于复杂体型砌体结构房屋弹塑性地震反应时程分析,文末对大度盘双塔楼带连廊砌体结构房屋的地震反应作了计算和讨论。     

考虑土与结构相互作用效应的结构减震控制大型振型台模型试验研究

本文设计并完成了考虑土与结构相互作用的结构减震控制大型振动台模型试验，通过对四种结构形式的对比试验。探讨了土与结构相互作用（SSI）效应对结构地震反应的影响以及调谐质量阻尼器（TMD）在刚性和柔性地基条件下对主体结构的减震效应。通过比较同一地震动作用下主体结构在刚性和柔性两种地基条件下的地震反应，可知：SS效应具有降低和提高结构减震控制效果的双重作用，其综合效果与输入地震动的频谱特性，加速度峰值大小有关。由于SSI效应在结构地震反应中发挥着双重的作用，因而使得基于刚性地基假定了设计的TMD减震控制系统在柔性地基条件下的控制效果不太理想，甚至会出现负面效应。本文还探讨了在生地基条件下影响减震控制效果的一些因素。     

采用双向调谐质量阻尼器的大跨度桥梁风振控制仿真分析

传统的调谐质量阻尼器（TMD）设计均仅针对结构某一阶模态单独设置,当用于密频结构减振时会导致附加质量过多。为减小TMD的附加质量,结合大跨度斜拉桥结构的密频与风致耦合振动特点,提出了一种新型的双向共享质量与电涡流阻尼式TMD。具体实现方式是：水平、竖向TMD的刚度构件分别采用悬臂梁与压簧,将水平向TMD整体置于压簧上面,从而构成竖向TMD的质量;导体板固定不动,使安装在TMD质量块的永磁体阵列随质量块竖向或水平方向运动,从而分别产生竖向与水平向的电磁涡流阻尼。研究结果表明：（1）电涡流阻尼可以很好地实现双向TMD装置的共享阻尼,且电涡流阻尼的大小可以很方便地调节;（2）采用双向TMD进行斜拉桥的风致振动控制减振效果良好,可行性强。     

结构最优主动调谐质量阻尼器风致振动控制的研究

基于我国现行的风荷载规范,建立了在风荷载作用下结构-主动调谐质量阻尼器(ATMD)系统的动力方程。定义ATMD最优参数准则为:结构-ATMD系统的位移或加速度响应方差的最小化。ATMD有效性的评价准则为:设置ATMD结构的最小化位移或加速度响应方差与未设置ATMD结构的位移或加速度响应方差之比(分别称为位移和加速度减振系数)。根据上述准则,在频域内数值研究了结构自振频率、标准化加速度反馈增益系数、质量比对ATMD系统的最优参数(包括最优频率比和阻尼比)、有效性和冲程的影响。此外,为了比较的目的,论文同时考虑了结构TMD风致振动控制的情况。     

磁流变阻尼器对高层建筑风振反应的半主动控制

本文探讨了磁流变阻尼器在高层建筑风振控制中的应用，在经典线性最优控制理论的基础上，根据磁流变阻尼器的特点，提出了一种新型的半主动控制策略，应有该方法对一40层的钢结构的风振反应进行了计算机模拟，结果表明，采用磁流变阻尼器对高层建筑进行半主动控制的能够有效减小结构的风振反应。     

基于碰撞调谐质量阻尼器的矮塔斜拉桥减震研究

以一座矮塔斜拉桥为研究对象,分析碰撞调谐质量阻尼器对于该结构的抑震效果。首先介绍了新型碰撞调谐质量阻尼器（Pounding Tuned Mass Damper,PTMD）的减震机理及基于接触单元的非线性碰撞力模型;之后,通过ANSYS软件中的APDL语言实现了PTMD减震系统的时域分析方法,并通过三条实际地震记录验证了PTMD的抑震效果。数值分析结果表明:（1）传统调谐质量阻尼器（tuned mass damper,TMD）及新型PTMD对于矮塔斜拉桥的位移、加速度及塔身弯矩响应均有较好的抑制效果;（2）PTMD相比传统TMD多了一种碰撞耗能模式,其减震效果略高于传统TMD。     

一种放大位移型SMA阻尼器的减震控制分析

利用形状记忆合金(SMA)材料的超弹性,本文提出了一种放大位移型SMA阻尼器,建立了装有该阻尼器的框架有限元模型并对该框架的地震反应实施了模拟减震控制。分不安装阻尼器、安装不放大位移阻尼器和安装放大2倍层间位移阻尼器三种工况,输入El Centro和Taft地震动,对比研究了阻尼器的减震控制效果。分析结果表明:(1)放大位移型SMA阻尼器的控制效果优于不放大位移型SMA阻尼器;(2)该放大位移型SMA阻尼器对位移的控制效果优于对加速度的控制效果。     

利用MTMD和MTLD控制拱桥振动试验研究

本文以金沙江通阳大桥的振动控制为研究背景。结合有限元分析手段,利用MTMD控制拱桥竖向振动、MTLD控制拱桥侧向振动。对比例为1∶50的模型拱桥进行试验研究,测试结果表明,拱桥的竖向最大减振效果能够达到36.03%,侧向最大减振效果能够达到38.6%,总体控制效果令人满意。     

地震作用下钢框架高层结构的抗震性能研究

钢框架高层建筑结构是当前高层建筑设计中使用最为广泛的技术,为提升其抗震性能,本文研究将调谐质量阻尼器安装在钢框架高层建筑结构顶部,考虑到建筑空间需求、防止集中荷载和提升控制效果等因素,在相同楼层或同顶部接近楼层中设置数个较小的、频率一致的子控制装置,通过设置调谐质量阻尼器受控结构等效阻尼比求极值的方法,获取最优刚度与最优阻尼系数;将获取的结果在有限元软件中进行模态分析获取模态质量,实现钢框架高层建筑结构扭转振动的减振控制。实验结果表明,地震荷载下,该方法使得建筑结构顶层角位移峰值和角加速度峰值分别降低50%和30%左右,建筑结构响应下降19%～26%,提高了高层建筑结构的稳定性。     

SMA阻尼器偏心结构平-扭震动控制试验研究

为了验证提出的新型筒式自复位形状记忆合金阻尼器(telescopic recentering shape memory al-loy damper,TRSMAD)对结构平动-扭转耦联振动反应的抑制作用,进行了偏心结构消能减震体系的振动台试验。设计了一个1/4缩尺的三层两跨单向偏心的钢框架模型,将提出的新型SMA阻尼器安装在结构底层的一侧,通过振动台分别对无控条件下和装有阻尼器的有控条件下的结构反应进行了研究。试验结果表明:(1)在各地震波作用下,TRSMAD对结构的平动反应有很好控制效果,而对结构各层扭转角位移的控制效果稍低;(2)不同地震波下的控制效果有所不同:对结构的平动位移而言,天津波的减震率最高,El Centro波次之,最后为Taft波;对结构扭转角的控制,平均而言,除了天津波作用下第二层为特例外,对El Centro波的减震效果最好,其次为Taft波,最后为天津波;(3)同一地震波下,阻尼器对结构模型一层的位移控制效果较其他层为优。     

考虑土与结构相互作用效应的结构减震控制大型振动台模型试验研究

本文设计并完成了考虑土与结构相互作用的结构减震控制大型振动台模型试验。通过对四种结构形式的对比试验，探讨了土与结构相互作用（ＳＳＩ）效应对结构地震反应的影响以及调谐质量阻尼器（ＴＭＤ）在刚性和柔性地基条件下对主体结构的减震效应。通过比较同一地震动作用下主体结构在刚性和柔性两种地基条件下的地震反应，可知：ＳＳＩ效应具有降低和提高结构减震控制效果的双重作用，其综合效果与输入地震动的频谱特性、加速度峰值大小有关。由于ＳＳＩ效应在结构地震反应中发挥着双重的作用，因而使得基于刚性地基假定下设计的ＴＭＤ减震控制系统在柔性地基条件下的控制效果不太理想，甚至会出现负面效应。本文还探讨了在柔性地基条件下影响结构减震控制效果的一些因素。