常摩擦TMD地震控制效果的理论和实验研究

在TMD中采用摩擦阻尼代替传统的粘滞阻尼,可有效降低TMD的造价,从而促进其推广应用。但摩擦元件是非线性的,给摩擦TMD分析和设计造成了一定的困难。为了研究常摩擦TMD地震控制的特点和规律,文中采用时程分析法进行了简谐激励和地震激励下摩擦TMD对单自由度结构响应控制的理论分析;在理论分析结果的指导下,进行了单自由度主结构和摩擦TMD系统在简谐激励和地震激励下的振动台试验。理论分析和试验结果表明:除了频率比和质量比的影响,摩擦TMD的控制效果和摩擦力大小、激励幅值有关,只要参数设置合适,其控制效果是令人满意的;在设计摩擦TMD时要针对激励大小、目标控制效率进行具体分析。     

TMD对结构地震响应控制效果的研究

TMD对简谐激励和风荷载引起振动的控制效果得到了一致的肯定,然而关于TMD地震控制的效果还没有一致的结论.文中比较了几种有代表性的TMD参数优化方法所确定的TMD参数;利用MAT-LAB编制了计算程序,分析了不同方法所确定的TMD参数用于地震控制时,控制效果的差别;从反应谱的概念出发,研究TMD对单自由度结构的地震控制效果.结果表明,TMD总体上对于单自由度结构的地震响应是有控制效果的,结构本身响应越大,控制效果越好;结构本身响应很小的时候,TMD有放大结构响应的现象,但由于结构本身响应很小,放大后的结构响应也不会导致结构有破坏的危险.     

MTMD对建筑结构多模态控制的减震分析

本文研究了MTMD对建筑结构多模态减震控制。将主结构简化为多自由度模型，MTMD对结构的反力与地震荷载共同作为结构的荷载输入进行分析；基于主结构多模态耦合进行推导分析，阐述了MTMD与结构之间的相互作用关系，提出MTMD的复惯性质量。提出MTMD的控制类型是加速度相关型的无源被动控制。从频域传递函数，白噪声、宽带和窄带地震激励下的结构相对位移和绝对加速度谱密度，以及El-centro地震波作用下结构的地震响应三个方面，分析了MTMD对顶部带有结构附属物的结构的控制效果。并且给出TMD的控制效果加以比较验证。算例说明MTMD多模态控制对结构的相对位移和绝对加速度均有较好的控制效果，并且优于TMD控制效果。     

采用主动TMD制振装置的高层建筑的地震反应分析

在高层建筑顶部设置谐调质量制振装置(简称TMD,Tuned Mass Damper),由利卡提闭合环路对结构地震反应作主动控制。本文就这一系统进行了数值模拟,对多种地震荷载作用下,结构在弹性和非弹性状态下制振装置的效能作了初步分析。     

大跨度结构TMD减震系统多点激励的地震随机响应分析

众多研究表明，对大跨度结构进行抗震分析时，必须采用非一致地震激励模型。本文对带TMD系统的大跨度结构考虑地震行波效应后的随机地震响应问题进行了研究。文中建立了结构的动力方程，并利用虚拟激励法求解。研究结果表明，对于大跨度结构装设TMD子结构以后可显著地降低结构的位移、速度和加速度响应，但在设计TMD减震系统时，必须考虑到地震激励的非一致性，否则可能会使预期的减震效果失效。     

摩擦悬吊式TMD设计及其风振控制效果

为了减轻河南艺术中心标志塔的风致振动,设计了一种新型的摩擦悬吊式TMD.文章首先详细介绍了所设计摩擦悬吊式TMD的构造和等效分析模型.然后, 利用SAP2000中的LINK单元来模拟所设计的摩擦TMD, 对其风振控制效果进行了非线性分析.分析结果表明: 所设计的摩擦悬吊式TMD, 在设计风荷载作用下,可以按照控制效果最优的原则选出最优摩擦力,而所选出的最优摩擦力能保证在0.3至2.0倍设计风荷载范围内的风荷载作用下控制效果基本达到40%以上.     

黏滞阻尼器连接的两相同毗邻结构的动态响应分析

为了研究由黏滞阻尼器连接的两相同结构建筑在底部加速度激励下的动态特性,以谐波激励模拟地面加速度,导出耦合系统的运动微分方程,并求解了相对位移和绝对加速度。利用参数法分析激励频率、质量比和刚度比对耦合建筑响应特性的影响。推导出无阻尼系统最佳参数和相应响应的解析表达式。通过研究发现,黏滞阻尼器能够有效控制同结构相邻建筑的动态响应。对于给定的结构和激励,阻尼器的阻尼系数存在最优值能够使谐波激励下的地震动峰值响应最小。耦合结构的阻尼比对最佳阻尼器阻尼没有明显影响,因此所提出的无阻尼结构的解析表达式可用于耦合结构。     

相邻结构连接阻尼器的最优设计参数

本文通过Maxwell模型模拟的黏滞阻尼器连接的2种不同相邻结构的地震反应分析,对阻尼器设置的位置和阻尼参数进行了同时优化。在El Centro波、Tianjin波和Taft波3种较典型的地震动作用下,分别对不同质量比和不同刚度比的主、子结构在无阻尼和有阻尼情况下进行了地震反应分析,并以主结构的顶层最大相对位移最小作为优化目标,寻求出最优的阻尼器摆放位置以及对应的最优阻尼系数。结果显示,当阻尼器选择合适的安放位置和合理的阻尼参数时,主、子结构的地震反应都会有一定程度的降低,从而收到较好的减震效果。     

TMD基础隔震混合减震体系地震响应研究

针对基础隔震体系遭受强地震时隔震层位移较大问题,提出了将调谐质量阻尼器(TMD)与基础隔震技术联合应用,形成一种新型的混合减震体系,以此控制隔震层的位移,同时减小上部结构响应。以一栋七层基础隔震体系为仿真算例,分别分析地震激励下基础隔震结构、调谐质量阻尼器(TMD)设置于基础隔震结构底层和顶层的混合减震体系地震响应。仿真结果表明:附加调谐质量阻尼器(TMD)不但能够有效减小隔震层的地震响应,同时对上部结构的响应也有不同程度的减小;对于附加调谐质量阻尼器位于底层而言,质量调谐阻尼器(TMD)位于顶层能够更有效的减小基础隔震体系的地震响应。     

TMD对密频结构减震的参数优化及性能研究

就多模态密集频率结构的减震问题,建立分布式TMD(tuned mass dampers)对地震激励下结构多模态振动减震的力学模型进行研究,并将其表达为闭环静力反馈控制的形式。我们研究具有较高优化效率的基于H2性能的梯度法,实现对多模态调谐减震的TMD参数的整体优化。以构建的理想三自由度密频结构为例,定义无量纲响应指标,以扫频激励的方式求得具有相对普适性的优化控制权重,进而采用基于H2性能的梯度法优化得到分布式TMD的最优参数;针对具有不同谱特性的地震动激励进行减震分析,并与经典TMD方法对比,结果表明基于H2性能的梯度法优化所得的TMD针对多模态密频结构将具有更好的减震性能。     

TMD多点控制体系随机地震响应分析的虚拟激励法

对于频率分布密集或受频带较宽的地震激励的结构，其响应不再以某一单一振型为主，须考虑采用多点控制。本文对受TMD多点控制的结构进行了研究。文中建立了带有多个子结构系统的以模态坐标和子结构自由度为未知量的统一运动方程。针对所得方程为非对称质量、非对称刚度、非经典阻尼的情况，本文给出了使用直接法求解的格式。地震随机响应分析采用了虚拟激励法，可以考虑各振型之间的耦合项，计算量小且精度高。本文的方法适用于带有多个子结构的系统的一般性问题，具有广泛的应用价值。     

调谐质量摩擦系统参数优化的独立关联算法

利用屋盖作为被动调谐质量阻尼器（TMD）的质量块是解决TMD附加质量问题的一种较好的方案。再利用屋盖与其支承结构之间的干摩擦替代粘滞阻尼，可构成调谐质量摩擦系统，使控制系统更加经济简练。针对干摩擦的特点提出了独立优化刚度，再优化摩擦系数的算法。该算法适应有限元格式和实际工程设计。数值模拟证实了调谐质量摩擦系统的摩擦力对刚度最优值的影响较小，而刚度对摩擦最优值的影响较大、规律较差的事实，论证了在无摩擦得到的优化刚度可以直接用于摩擦力优化中，用此方法设计调谐质量摩擦系统几乎能够达到最优配置。     

新型半主动调谐质量阻尼器减震性能的数值模拟

为了改良被动式调谐质量阻尼器(TMD)对建筑结构的减震效果,本文提出了一种新型的可实时调节频率和电涡流阻尼的半主动调谐质量阻尼器(SATMD)。由Hilbert-Huang变换(HHT)识别出结构的瞬时频率,通过基于HHT的控制算法实时调节SATMD的质量进行频率的调谐;通过基于线性二次型高斯(LQG)的控制算法实时调整磁导间距来调节电涡流阻尼系数。为了验证SATMD对建筑结构的减震效果,以一单自由度结构模型为例进行地震响应模拟,同时采用一经优化设计的被动TMD作为对比,并考虑由于主结构的累积损伤等引起自身频率下降而造成被动TMD的去谐效应。以主结构的加速度和位移时程峰值、整体均方根值及TMD的耗能性能作为评价指标,对比了SATMD在主结构发生损伤前后对被动TMD的改良效果。数值模拟结果表明,在主结构发生损伤前后,SATMD均比经优化设计的被动TMD有更好的减震效果及耗能能力。     

行人荷载激励下基于二次设计的大跨人行连廊TMD减振控制研究

对某大跨人行连廊设置TMD(Tuned Mass Damper)进行振动控制,分析了四类人行荷载31种工况作用下的减振数据,均出现二次共振现象,且此时跨中节点的峰值加速度可能会超限。鉴于此,提出采用不同类别的TMD有针对性地对一次设计后的TMD-结构系统在行人激励下的再次共振响应进行二次减振设计。结果表明,有针对性地TMD二次设计具有较好地可行性,不仅能使TMD-结构系统再次共振时对应的峰值加速度满足限值要求,而且在实现相同设计目标的前提下,二次设计方案可大大减少在结构中增设的TMD总质量,且较一次设计方案更为灵活、多变。     

地震作用下大跨度连续梁桥半主动变阻尼控制研究

利用半主动变阻尼控制装置开展连续梁桥结构在纵向地震波作用下的振动控制研究,通过建立桥梁结构-半主动变阻尼系统力学模型和运动微分方程,进行不同地震波激励下,连续梁桥关键部位在无控?半主动变阻尼控制和主动控制下的响应值分析计算,其中最优控制力采用LQR算法确定,半主动变阻尼控制采用限界Hrovat最优控制算法。计算结果表明:半主动变阻尼控制与主动控制的控制效果接近,两者均起到了良好的减震作用,而其中半主动变阻尼控制所需能量少?设施经济可靠,是一种良好的结构减震控制方法。     

设有粘弹性阻尼器的结构体系的受力分析

探讨了安装有粘弹性阻尼器的结构体系在地震荷载作用下,其结构刚度,结构阻尼,阻尼器刚度和阻尼器经对体系层间剪力分配的影响,给出了大阻尼结构体系在进行结构抗震设计时层间剪力的分配原则,分析了粘弹性阻尼材料在地震荷载作用下,由于吸收地震能量而导致的温度升高对结构减震效果的影响。     

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,对地震荷栽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。     

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。     

基于非线性模型的TLD参数优化

高柔结构在强风或地震等环境荷载作用下，往往会产生较大的变形和位移。采用调谐液体阻尼器对结构进行控制时，需要选择合适的水箱尺寸和水深，以期获得最好的减振效果。以往的调谐液体阻尼器参数优化往往基于等效线性模型或在小幅值激励下有较好精度的非线性浅水波动模型。采用了一种具有非线性阻尼和非线性刚度的等效调谐质量阻尼器模型对影响调谐液体阻尼器减振效率的主要参数进行了优化，该模型不再受小幅值激励的限制。优化结果表明，激励幅值对TLD的最优参数和减振效果有明显影响，同时水箱长度对TLD减振效果也有明显影响，这是基于线性模型TLD优化不能得到的结论。     

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。