基于TMD的车致箱梁振动控制模型试验研究

为研究调谐质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)在控制轨道箱梁结构振动中的应用,以高速动车组和CRTS-Ⅱ型板式无砟轨道-箱梁结构为原型,设计制作了几何相似比为10∶1的车-轨-桥耦合振动缩尺模型系统,分析了TMD在不同质量比、不同位置以及不同安装数量等工况下对箱梁顶板和翼板的减振效果。结果表明:TMD质量比为0.02时减振效果优于质量比为0.01时的减振效果,在考虑结构安全及经济性的条件下,可优先选择质量比更大的TMD;不同TMD安装位置对箱梁各部件的减振效果不同,安装TMD的板件处振动响应得到了明显抑制;安装2个TMD对箱梁结构的减振效果优于安装1个TMD,其减振范围也有所提升。研究结论可为高架轨道箱梁结构的减振设计提供参考。

基于气动措施和滑轮式TMD的人行景观桥涡振混合控制研究

为了解决传统式调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)在控制低频桥梁结构中弹簧静伸长过长的问题,介绍了滑轮式TMD及其用于结构振动控制时的特点,指出滑轮式TMD可以有效减小弹簧静伸长量。以一座人行景观桥为例,研究了采用气动措施和滑轮式TMD对该桥的涡振控制效果。风洞试验结果显示,在最优气动措施下,主梁的涡振振幅减少了一半以上,但仍未达到行人舒适性要求。基于Scanlan线性涡激力模型进行滑轮式TMD的优化设计,在气动措施的基础上进一步辅以滑轮式TMD进行涡振控制。分析结果表明,气动措施结合滑轮式TMD进行涡振控制能够满足行人舒适性要求,并确保滑轮式TMD质量块的工作行程不超过限值。通过同时采用气动措施和滑轮式TMD,可以满足主梁涡振限值、TMD弹簧静伸长量和工作行程等多重要求,从而有效控制主梁的涡振现象。本文提出的混合控制方案为类似工程中的涡振控制提供了有益参考,可为工程实践提供指导。

桥梁抗风型TMD对车-桥耦合振动系统减振性能研究

为研究桥梁抗风型调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)对车辆荷载引起结构振动的减振效果,并揭示车载作用下的TMD激振机理,提出了基于模态动能演化的多自由度结构TMD控制方法,确定了安装TMD的最优设计参数和布设位置;考虑桥梁有限元模型动力求解的通用性,基于桥梁三维动力分析系统BDANS软件建立了车-桥-TMD动力耦合分析系统;以经典单自由度移动弹簧质量过简支梁模型为研究对象,分析了车-桥-TMD系统振动特性,结合某深水区非通航桥梁抗风型TMD工程实例分析了TMD对车致振动的减振效果和机理。研究结果表明:TMD行程幅值与减振效果呈现正相关特点,即行程幅值越大对车-桥动力效应引起的振动减振效果越好;安装TMD可以显著提高结构的等效阻尼比,满足等效阻尼比>1%的工程需求,提高桥梁结构振动的稳定性;TMD在一定条件下可以减小车辆通过时引发桥梁竖向位移冲击效应,最大可减少3%左右;TMD对车-桥2个子系统的加速度瞬态峰值均起到了一定的抑制效果,尤其对桥梁结构竖向振动加速度作用效果明显,安装TMD后的桥梁跨中竖向振动加速度RMS值减少约20%;对大跨钢箱桥梁而言,相比较小的车辆荷载冲击效应,一阶竖弯呈邻跨反对称特性的桥梁结构在车辆通行过程中更容易激起TMD,使桥梁结构获得更佳的减振效果。

一种形状记忆合金半主动TMD系统的试验研究

针对调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)系统应用于轻型结构时易失调从而导致减振效果下降的问题,提出了一种新型形状记忆合金半主动TMD系统。该系统利用钢索悬吊质量块并承担其全部重量,使用有效截面为矩形的大尺寸镍钛形状记忆合金棒材,提供TMD系统水平面2个方向不同的抗弯刚度。为了研究该系统的半主动性能,进行了足尺形状记忆合金半主动TMD系统的自由振动试验,通过改变形状记忆合金的工作温度,研究了温度变化对TMD系统频率及阻尼比的影响。研究结果表明,控制形状记忆合金工作温度从-40~+80℃,TMD系统的频率随温度升高呈现升高趋势,而阻尼比随温度升高呈现下降趋势。将该新型形状记忆合金半主动TMD系统应用于受控结构中,一旦TMD失调,可以通过改变形状记忆合金的温度使其重新调谐。因此,设计的新型形状记忆合金TMD系统在轻型结构减振研究中具有一定的工程应用价值和前景。

移动荷载作用下悬浮隧道管体TMD减振分析及优化布置

为减小悬浮隧道管体在移动荷载作用下的动力响应,采用TMD作为振动控制措施并对减振效果进行了分析。将悬浮隧道管体简化为弹性地基梁,采用移动简谐力模拟汽车荷载,通过Morison方程计算管体振动过程中的流体附加惯性效应和阻尼效应,推导建立了移动荷载作用下管体-TMD系统振动控制方程组。采用Newmark-β法进行数值求解,分析了TMD对悬浮隧道管体的减振效果。针对悬浮隧道管体振动特征,提出采用分布式TMD的布置形式,并对移动速度、TMD阻尼比的影响进行了讨论。结论表明:TMD对移动简谐荷载作用下的悬浮隧道管体具有显著减振效果,最大位移减振率在50%以上。由于多阶模态参与振动,单一TMD的有效减振范围有限。在保持总质量不变的情况下,采用分布式TMD可以获得较好的整体减振效果。提高TMD质量比和降低移动荷载速度有助于提高TMD的减振效果。增大阻尼比会减弱TMD的效果,应综合考虑减振效果和工作空间的要求确定。

TMD抑制既有铁路钢桁梁桥横向振动研究

针对我国既有铁路钢桁梁桥的振动特性,对机车、转8转向架货车和客车分别建立车桥TMD系统耦合振动方程,将轮对的蛇行及轨面不平顺作为主要的激振源,通过随机函数产生随机激振,利用车桥TMD耦合振动仿真程序的大量模拟计算,研究桥梁在列车尤其是长大空重混编的货物列车随机激励下的横向振动规律,分析多点调频质量阻尼减振器抑制铁路钢桁梁桥横向振动的效果。结果表明,TMD能有效的抑制既有铁路钢桁梁桥的横向振动。

桥梁用TMD的基本要求与电涡流TMD

总结了传统调谐质量阻尼器(TMD)在涡激振动控制中的工作性能,提出运用多重调谐质量阻尼器(MTMD)理论进行TMD设计,提高振动控制的鲁棒性;开发了电涡流阻尼器取代传统油阻尼器作为TMD的阻尼发生装置,延长TMD的疲劳寿命.利用遗传算法实现了MTMD的参数优化设计,与TMD的比较表明,MTMD在控制效率和鲁棒性方面具有更优越的综合性能.电涡流TMD在试验和实际工程中的成功应用表明电涡流TMD在桥梁振动控制领域具有广阔的应用前景.

上海世博文化中心TMD减轻人致振动分析与实测研究

上海世博文化中心是2010上海世博会永久性场馆之一,其主体结构由沿环向的36榀悬臂长度不一的钢桁架和矩形钢管混凝土内框架组成。结构六层为悬挑钢结构楼盖,易引起人致振动问题。对采用调谐质量阻尼器(TMD)进行人致振动控制的上海世博文化中心进行了大量的计算分析和现场实测。结果表明结构各榀桁架的竖向共振频率处于2.5 Hz-3.0 Hz之间;当人以2.0 Hz的频率正常行走时,结构竖向振动较小,TMD基本无影响;而当人以结构竖向共振频率快速走动或奔跑时,TMD能有效减小结构的竖向振动响应,减振效率约为15%。这对长悬臂空间结构的舒适度问题和采用TMD进行人致振动控制问题的研究具有参考借鉴意义。

基于功率法的TMD系统参数优化与减振性能分析

建立了结构-TMD体系的功率平衡方程,从功率的角度分析了TMD系统在地震激励下减振效果,并考虑结构周期与阻尼比的影响。经HHT变换得到地震激励的时频图,解释了有控体系较无控结构在某些时刻各功率放大的原因。推导了结构基底受简谐荷载作用时,主结构的耗能功率公式,以主结构的耗能功率最小为优化目标得到TMD最优频率比及阻尼比,并与以往的四种优化方法进行了对比。结果表明,基于耗能功率最小的优化方法在随机激励下的位移方差及确定地震波作用下的能量及功率响应的大小均介于上述四种优化方法之间,且较无控结构均有大幅度的减小,因此该优化方法具有一定的适应性与可靠性。

TMD对列车作用下大跨钢桁架桥的振动控制研究

南京长江大桥是连接我国南北的重要交通命脉,考虑到列车引起的振动对该桥危害较大,有必要采取有效措施对其进行振动控制。结合车桥动力方程,有限元分析时将列车经过大桥全过程的桥梁结构作为时变系统来考虑,基于ANSYS平台编制了动力时程响应分析程序。据此研究了调谐质量阻尼器(TMD)在该桥减振控制中的参数敏感性和控制效果,并对比分析了列车时速对减振效果的影响。结果表明,TMD在其刚度和阻尼系数取值合理时可达到最优控制效果;设计TMD对该桥列车致振动竖向加速度的控制效果明显,且在列车时速较高时减振效果更加显著。

高耸结构TMD接触非线性阻尼振动控制研究

调谐质量阻尼器(TMD)能有效地控制高层建筑结构的风致振动,而TMD子结构往往将产生过大的冲程,且由于荷载不确定性决定其冲程也是不可确定的,故必须进行限位设计。鉴于此,对TMD的限位控制进行研究,提出了大阻尼TMD系统、开关阻尼限位控制和离位阻尼限位控制三种不同的限位策略。以广州新中轴线电视塔结构为分析模型,结合TMD系统在运动过程中的8个工作状态,给出了在考虑开关阻尼限位控制和离位阻尼限位控制两种限位控制策略下系统的运动方程,并进行了风载激励下的数值仿真分析。数值分析的结果表明:不同限位间距时,两种限位工况对系统位移、加速度响应的峰值和均方值控制效果规律不尽相同;对于开关限位控制,当限位距离为TMD最优控制下摆幅的36%时,在控制效果损失约4%的前提下,TMD的摆幅与最优控制下的摆幅相比,减少了约45%;当TMD摆幅相同时,与大阻尼TMD系统相比,其控制效果高8%;离位限位控制对结构加速度峰值有更好的控制效果。恰当地选择限位距离和限位阻尼系数,既能改善风致振动下结构的舒适度,又能减小TMD的摆幅。

施工中大桥桥塔的TMD减振研究

施工中大桥桥塔的风致振动对施工具有很大的危害,采用调谐质量阻尼器(TMD)对其进行减振。首先,通过一个二自由度的振动模型来阐述TMD装置的工作原理,并导出了TMD参数和外激励频率与减振效果的之间的关系。然后,在讨论大桥桥塔结构按一阶模态向一个单自由度系统的等效简化问题中,提出了一种基于固有频率的等效质量简便算法。最后,结合崖门大桥的桥塔施工进行实例TMD减振分析, 实测结果表明TMD的减振效果非常好但其设计过程也很复杂。

瓷柱型电气设备基于BI-TMD的混合控制减震研究

电力系统作为生命线系统的重要组成部分,其在地震发生时的安全运行至关重要,而历次强震表明,电气设备,尤其是瓷柱型电气设备,抗震性能较差,震害严重。该文给出一种基于基础隔震(base isolation, BI)和调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)原理的 BI-TMD 混合控制策略,用于增强瓷柱型电气设备的抗震能力。通过有限元分析,给出这一混合控制策略在不同控制参数时,对不同频率的瓷柱型电气设备的减震效果。结果表明,BI-TMD对于长周期丰富的地震动和含速度脉冲的地震动的减震效果明显增强,地震动经过隔震层“滤波”后传递到被控设备的频率不确定性降低;所提出的BI-TMD减震方法具有良好的减震幅度和减震稳定性。

调质阻尼器（TMD）对桥梁涡激共振的抑制

分析了安装在柔性桥梁主梁跨中的调质阻尼器（ＴＭＤ）对涡激共振的抑制阻尼效果．分析中采用了Ｓｃａｎｌａｎ提出的销定（Ｌｏｃｋ－ｉｎ）区域的半经验和半解析非线性气动力模型．此外还对ＴＭＤ对涡激共振的阻尼效果进行了参数优化分析，给出了ＴＭＤ参数最优计算公式．

北京奥林匹克中心演播塔TMD风振控制

以北京奥林匹克中心演播塔为工程背景,研究了调频质量阻尼器(TMD)对高耸电视塔在强风作用下风振响应的振动控制.将该塔的三维空间模型简化为二维模型;基于随机振动理论,利用M.Shinozuka方法对该塔的脉动风荷载进行数值模拟,得到了脉动风荷载时程曲线;在此脉动风荷载作用下,SAP2000三维空间模型的计算结果和二维模型的计算结果相吻合,而且利用二维模型进行计算,大大节省了时间;以该塔顶层的风振响应为优化目标,对TMD的参数进行了优化研究.结果表明,该塔的风振响应超过了规范的容许值,设置TMD后该塔的风振响应有明显的减小;在TMD最优参数下,该塔的风振位移响应和加速度响应的减振率分别为43.1%和29.5%;TMD对该塔的风振响应有明显的控制作用.

桥梁自立杆风致振动TMD控制及优化设计

桥梁自立杆风致振动往往会引起路灯及附属监测设施的损坏,严重时甚至导致灯杆断裂,对其进行风振控制可以避免因常年设施检修引起交通不畅等庞大间接损失。采用TMD阻尼器进行自立杆振动控制已有工程应用,然而相应的阻尼器参数优化设计方法尚未得到深入的研究。根据频域分析理论,采用虚拟激励法及詹姆斯公式可以得到安装TMD阻尼器前后的等效阻尼比,通过参数分析得到了阻尼器参数及位置对控制效果影响的优化曲线,采用该曲线就可以得到TMD的最优参数及安装位置。还推导并建立了自立杆-阻尼器系统的耦合风振控制方程,可适用于Newmark-β时程分析方法。选择某一实际桥梁路灯杆,根据优化曲线选取并安装TMD阻尼器,风荷载则采用谐波合成法模拟脉动风速叠加平均风速计算获得,时程分析表明采用TMD阻尼器并结合提出的优化设计方法极大地抑制了自立杆的振动。时域与频域分析结果比较表明二者吻合较好,说明自立杆振动可以采用考虑一阶振动的频域分析结果。

新型装配式竖向电涡流TMD试验研究

针对城市大跨度钢结构人行天桥的减振需求,研制了一种结构紧凑、装配简单的新型装配式竖向永磁式电涡流TMD样机,综合TMD样机阻尼参数测试与电涡流阻尼磁场有限元分析结果提出了电涡流阻尼的初步设计方法与磁路优化布置。结果表明:新型TMD具有优良的阻尼特性、耐久性,且易于装配,工程应用可行性强。研究得到了用于竖向TMD的电涡流阻尼磁路优选构造:导体铜板两侧的矩形永磁铁宜采用同侧极性相同、不同侧极性相反的布置方式;永磁铁宜以水平单排布置为主,间距控制在永磁铁边长的一半以内;永磁铁必须安装2排或多排时,上下2排间距不宜小于永磁铁边长。

钢连桥人致振动及TMD减振效应实测与分析

以某室外大跨轻柔钢结构人行桥为案例,介绍了该结构的设计概况及调谐质量阻尼器（tuned mass damper,简称TMD）减振设计,分别在结构施工完成后以及TMD装置安装后对其进行了实地动力测试,测得了该结构减振前后的模态特性以及在多种人行荷载工况下的振动响应,采用加速度峰值和均方根值为评价指标,分析了钢连桥人致振动情况及特性。结果表明：一端设计为滑动连接的钢连桥人致振动主要由第1阶竖向振型控制,扭动及水平振动响应相对较小;安装经优化设计的TMD装置后,整体连桥的频率特性没有明显变化,分布式TMD对多种频率激励工况均有良好的调谐减振作用,减振率达到35%-70%;共振激励下测得的原结构阻尼比较小,安装TMD后结构的阻尼比提高4倍,并且呈现出在自由振动衰减的前期较大,随着振动幅度变弱阻尼比降低;测试中发现TMD装置的减振效率对其阻尼比的变化不敏感。

TMD控制下车桥动力特性研究

在考虑轨道不平顺的情况下,通过建立车-桥-TMD(TunedMassDamper)动力系统振动方程,研究了编组列车过桥时TMD的控制效应、列车过桥时速度对桥梁挠度的影响和TMD对乘坐舒适性的影响。作者最后给出了不同质量比下TMD控制的效果对比曲线,提出了中小跨度桥梁的建议最佳质量比。

MR-TMD减振系统对连续箱梁桥振动控制研究

MR-TMD阻尼器是在调谐质量阻尼器(TMD)的基础上与磁流变阻尼器(MR)联合使用的一种新型结构半主动振动控制装置。在考虑轨道不平顺的影响下,建立了列车-桥-阻尼器耦合动力学模型。采用自主研发的高速铁路车-桥-轨动力耦合仿真分析平台(TDBCA1.0),以德国ICE3高速列车通过(80+128+80)米连续箱梁桥为例,分析了轨道不平顺对桥梁振动的影响,比较了TMD阻尼器和MR-TMD阻尼器的减振效果。结果表明,轨道不平顺对桥梁竖向位移影响较小,对桥梁振动加速度影响较大,列车速度越快,对桥梁振动加速度的影响越大。MR-TMD阻尼器对连续箱梁位移峰值影响较小,但能在很大程度上控制振动加速度。MR-TMD减振效果优于TMD阻尼器。