基于调谐惯容阻尼器的基础隔震结构性能优化研究

基础隔震技术可以显著减小建筑上部结构的水平绝对加速度,但隔震层较大的水平位移往往制约着基础隔震结构的设计。调谐质量阻尼器可以减小隔震层的水平位移,但减震效果受其物理质量的影响。惯容是一种新型两节点单元,其质量效应可以比其物理质量大上百倍甚至数万倍。本文将调谐惯容阻尼器应用于基础隔震结构,从考虑结构阻尼与否对TMDI进行随机激励下的H2优化设计,并以常用800mm隔震支座为背景进行地震作用时程分析。研究结果表明,物理质量较小的调谐惯容阻尼器可以显著减小隔震层的水平位移和上部结构的水平绝对加速度。

基于性能需求的基础隔震结构附加调谐惯容阻尼器的优化设计研究

为了克服调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)质量过大的缺陷,用惯容器(Inerter)代替TMD中的质量块,形成调谐惯容阻尼器(Tuned Inerter Damper,TID).将TID附加在基础隔震结构的隔震层,对TID进行优化设计研究.以两自由度基础隔震结构体系的简化模型为研究对象,以白噪声激励下的振动响应为指标对TID进行参数研究,确定了一种以隔震层水平位移控制为约束、以最小上部结构绝对加速度为优化目标的优化问题,在两种控制准则下对TID进行优化设计,与仅附加线性粘滞阻尼器(Linear Viscous Damper,LVD)的基础隔震结构进行比较,最终发现TID对基础隔震结构的性能控制有着良好的效果,能同时降低隔震层水平位移和上部结构绝对加速度,并且效果优于LVD.

具备负刚度调谐惯容阻尼器的基础隔震结构优化设计和抗震性能研究

GB 18036—2015《中国地震动参数区划图》中规定中国目前最高的地震烈度为9度极罕遇地震,然而某些巨震反应谱甚至远超中国最高地震烈度对应的反应谱,为了应对巨震灾害,有必要发展巨震作用下更为有效的减震技术。为此,将调谐惯容阻尼器和负刚度弹簧结合,设计一种具备负刚度的调谐惯容阻尼器(TID_NS),研究基础隔震TID_NS结构的优化设计和抗震性能。考虑隔震层的非线性本构行为,采用随机线性化技术处理非线性项,并采用Clough-Penzien功率谱模型。将LRB基础隔震结构体系简化为两自由度体系,并在隔震层附加TID_NS结构,提出三种不同的优化策略,研究在不同附加负刚度比下不同优化策略对减震性能的影响。采用人工波和土耳其7.8级地震记录作为输入地震波,分别对隔震结构进行非线性时程分析,结果表明:附加负刚度的TID_NS结构可以同时降低上部结构层间位移、隔震层位移比和上部结构加速度,当附加负刚度比为-0.1时,TID_NS结构相对基础隔震结构可以降低结构动力响应约15%。

高耸烟囱结构调谐质量惯容阻尼器(TMDI)风振控制方法及效果研究

高耸烟囱是一种典型的风敏感结构,尤其是横风向涡激共振会对结构安全造成不利影响,往往需要对其进行风振控制。相比传统的调谐质量阻尼器(TMD),调谐质量惯容阻尼器(TMDI)能够通过惯容器实现动力吸振器的轻量化设计。但惯容器的连接位置,不仅影响其在对高耸烟囱结构上实施的难度,对风振控制效果的影响也尚待定量化研究。该文将高耸烟囱简化为广义单自由度结构,基于风荷载频谱的滤波表示,推导了TMDI控制下结构风振响应的解析解。在此基础上,对TMDI最优设计参数进行了参数化分析,总结了相应的经验公式供设计参考。此外,通过对比TMDI与TMD的风振响应控制效果,给出了惯容器起增强控制效果的判别准则,以及TMDI的等效TMD质量比计算公式,以指导动力吸振器的轻量化设计。最后,通过对某270 m高混凝土烟囱风洞试验数据进行TMDI风振控制算例分析,验证了理论分析的有效性。结果表明,采用该文优化设计方法,TMDI可降低涡激共振锁定区内高耸烟囱的设计风荷载45%以上。

调谐质量惯容系统对高耸脱硫塔风振控制研究

高耸脱硫塔属于圆截面薄壁钢结构,具有柔度大、阻尼小、上部截面突变等特征,在风荷载作用下易发生较为强烈的顺风向和横风向振动.为实现脱硫塔风致振动的有效与轻量化控制,引入调谐质量惯容系统(TMIS),基于推导的脱硫塔-TMIS耦合系统频响函数,分别建立了TMIS对脱硫塔的顺风向和横风向减振参数优化设计方法,并对比分析了TMIS、传统调谐质量阻尼器(TMD)、调谐质量惯容阻尼器(TMDI)对脱硫塔的减振效果.结果表明:以脱硫塔频域响应和H∞范数为目标优化设计的TMIS对脱硫塔顺风向和横风向风致振动均有较好的控制效果;与顺风向减振相比,TMIS横风向减振具有更好的轻量化效应;与TMD、TMDI相比,TMIS表现出较好的减振优势.

单重和多重调谐质量惯容阻尼器控制连体超高层建筑风振响应比较研究

连体超高层建筑因存在强烈的气动干扰,在强风下可能会出现大幅相对振动,调谐质量惯容阻尼器(TMDI)是一种振动控制装置,其惯容器两端的相对加速度较大时,TMDI振动控制效果较好。结合两者各自的特点提出了多重调谐质量惯容阻尼器(MTMDI)控制连体超高层建筑的风振响应,两个TMDI分别控制两栋建筑各自的一阶自振频率。首先建立了MTMDI控制连体超高层建筑风致响应数学模型,然后开展了某连体超高层建筑的刚性模型同步测压风洞试验;最后,基于该数学模型和测压风洞试验结果分析了该连体建筑在分别安装两个和单个TMDI对风振加速度和位移响应的减振效果。研究结果表明:虽然两个TMDI的总质量和总惯容量比单个TMDI相应的参数小,但两者的减振效果基本相同,两者都能有效地减小两栋建筑在各个风向角下的加速度响应,如在270°风向角下,安装TMDI后两栋建筑顶层加速度响应分别减小了37.5%和50.0%;对于位移响应,两者都可以减小高栋建筑的响应,其对低栋建筑在少部分风向角下的减振效果并不理想。

随机地震动作用下结构-TMDI系统参数设计与概率密度演化分析

针对随机地震动作用下结构-调谐质量惯容阻尼器(TMDI)系统参数设计与概率密度演化分析开展研究。首先采用定点理论公式和基于遗传算法的数值优化方法,结合规范选波进行低惯质比、中惯质比和高惯质比TMDI参数优化。在此基础上,结合概率密度演化理论与物理随机地震动模型,进行随机地震动作用下结构-TMDI系统概率密度演化分析,并比较具有相同质量比的常规调谐质量阻尼器(TMD)的减震性能。算例分析表明:定点理论公式不能合理设计结构-TMDI系统,基于遗传算法的数值优化方法能高效、可靠地获得最优阻尼器参数;相同等效质量比的TMDI比TMD的减震性能更优越,结构可靠度显著提升,达到安全性设计要求;同时,TMDI仅采用了TMD设计1/50的物理质量,且仅需40%的冲程设计要求。文章研究在概率意义上揭示了TMDI增效、减质、限程的技术优势。

基于TMDI的大跨度桥梁颤振控制理论研究

为解决传统调谐质量阻尼器(Tuned Mass Dampers,TMD)在低频大跨度桥梁中静位移过大的问题,提出采用调谐质量惯容阻尼器(Tuned Mass Damper Inerter,TMDI)提高大跨度桥梁的颤振临界风速.提出了一种适用于桥梁颤振控制的TMDI布置形式,并基于二维耦合颤振理论,建立桥梁-TMDI系统运动微分方程,进而导出系数多项式特征方程.根据劳斯-赫尔维茨稳定性判据,计算颤振临界风速.以具有理想平板断面的简支梁为例,分析TMDI在桥梁颤振控制方面的有效性,并探讨了TMDI各参数设置对颤振控制的影响.研究结果表明,TMDI可以有效提高桥梁颤振临界风速.与传统TMD相比,虽然引入惯容可能会稍微削弱其控制效果,但却可以大幅降低质量块静位移,从而在实际工程中具有更高的实用价值.