自立式高耸结构悬吊式TMD减振动力试验与分析

围绕自立式高耸结构悬吊式调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)减振试验展开研究。首先,以某真实高耸结构为原型,基于欠人工质量模型理论设计了试验模型,并通过数值分析和实测结果验证模型合理性。针对该模型开展了原结构的静、动力试验,进而基于模式搜索算法对数值分析模型进行了修正。最后,进行了自立式高耸结构TMD减振试验,并结合数值模拟对试验结果进行了分析。研究表明,基于模式搜索算法的高耸结构模型修正方法,仅需迭代50次即能收敛,是一种高效的数值模型修正方法;附加TMD后,试验模型阻尼比增加了0.02,可见在自立式高耸结构中采用悬吊式TMD能够有效抑制其振动。

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。

基于遗传算法的摩擦摆TMD系统参数优化分析

为使高层建筑顶部设置双向摩擦摆(FPS-TMD)系统的风振控制效果达到最优,本文采用自适应基因遗传算法,对此类被动控制系统的滑道摩擦系数和两个方向滑道半径的优化设计进行相关研究。并以广州新电视塔为实例,以顶部有无设置FPS-TMD系统的主体结构顶部风致位移或风致加速度均方根之比最小为风振控制优化设计的目标函数,采用自适应基因遗传算法,利用精英保存策略、自适应交叉和变异算子,以及自适应罚函数处理主体结构的风致层间位移约束、顶层风致位移和顶层风致加速度响应约束条件。优化分析结果表明,采用本文的自适应基因遗传算法,可以有效地对顶部带双向摩擦摆TMD系统的高层建筑,进行风振控制条件下的系统参数优化分析。

悬吊式TMD周期性能研究

为了实现TMD对水平方向振动的控制,可以采取悬吊的方式,通过调整摆长来调谐被控结构的自振周期。鉴于TMD调频带宽较窄,确定系统的周期特性尤为重要。现在普遍用于计算周期的方法是单摆周期公式。但是在使用过程中发现,诸多因素会对单摆TMD的周期产生影响,比如大摆角、附加阻尼、吊杆的转动刚度、吊点位置等。采用非线性的经典方法——平均法分析大摆角和弱阻尼对单摆周期公式的影响,采用虚位移方法推导吊杆的转动刚度、吊点位置对单摆周期公式的影响。得到它们的影响规律:摆角和阻尼增大会使单摆周期增大,吊杆的转动刚度增大周期变小,吊点位置相对于质量块质心越靠上,周期越小。

顶部带FPS-TMD系统的高耸结构风振控制效益分析

将摩擦摆FPS和调谐质量阻尼器TMD系统相结合,建立和推导了顶部带FPS-TMD系统的高耸结构在风荷载作用下的风振控制非线性动力方程,讨论了利用Newmark-β法和迭代法结合求解上述非线性动力方程的解法。以广州新电视塔为例,通过选用影响其风振控制效果的不同参数(主体结构阻尼比,主次系统质量比,滑道不同摩擦因数以及滑道半径等)作用下的主体结构风致位移和加速度对比,对顶部带FPS-TMD系统的高耸结构风振控制效益进行综合分析。分析结果表明,相比无控结构而言,在不同控制参数情况下FPS-TMD系统具有不同的减振效果,通过合理选择FPSTMD系统的控制设计参数,可使得主体结构能够达到最佳减振效率。

FPS型TMD振动台试验模型设计及其减震效率仿真分析

为了对某钢框架进行减震控制,本文利用该钢框架的结构参数和动力特性,设计了FPS型TMD减震装置。然后用有限元软件SAP2000对该减震钢框架结构进行非线性动反应时程分析。分析结果表明:该装置具有显著的减震效果,能够有效地减小主结构的地震反应。为下一步的振动台试验和FPS型TMD减震装置的参数优化提供依据和参考。

隔震支座在房屋顶部加层改造中的应用

对于顶部加层改造,如果将新加层当作质量块,通过铅芯橡胶支座或者摩擦摆支座提供调谐刚度和阻尼,便形成了控制水平向震动的调谐质量阻尼器(TMD)。传统的刚性加层方式会增加下部结构的地震响应,采用隔震支座后的新加层反而对下部结构具有减震的效果。本文用实例工程对比了不加层、刚性加层和采用铅芯橡胶支座、摩擦摆支座加层后结构的地震响应,并从理论上分析了两种隔震支座对结构震动衰减的影响因素。