近断层脉冲型地震动下调谐黏滞质量阻尼器减震结构易损性分析

选择典型脉冲型近断层地震动记录分别对一安装有调谐黏滞质量阻尼器(tuned viscous mass damper,TVMD)、黏滞阻尼器(viscous damper, VD)和无阻尼器的6层3跨钢框架结构进行增量动力分析,进而基于增量动力分析结果得到3种结构不同损伤状态的易损性曲线。易损性分析结果对比表明:随着惯容单元的引入,减震结构可靠性显著提升;相较于相同阻尼的VD,TVMD可以更有效地提升结构的抗震性能,减小结构在不同损伤状态下的失效概率。随着质量比的增加,TVMD减震结构在不同损伤状态下的失效概率减小,TVMD对结构性能状态的提升不会随非线性的增加而减小,且在结构经历弹性、弹塑性直至倒塌的整个过程中减震控制性能发挥稳定。进一步选取3组不同脉冲周期的近断层地震动记录对三种结构进行时程分析,讨论TVMD在不同脉冲周期近断层地震动下的减震控制效果。结果表明,在近断层脉冲型地震动作用下,TVMD并不都会实现阻尼单元“阻尼增效”,阻尼器的性能发挥与地震动的特性有关。相较于VD,当T_1/T_p≥2时,TVMD可以更好地减少结构能量输入但其能量耗散效率低于VD,不能实现“阻尼增效”;当T_1/T_p <2时,TVMD可以减小结构残余位移,具有更优的减少能量输入和增大能量耗散效率的双重效应,体现了惯容的“阻尼增效”。

地震作用下调谐黏滞质量阻尼器阻尼比增效效应与优化设计研究

调谐黏滞质量阻尼器(Tuned Viscous Mass Damper,TVMD)是一种有效的被动惯容减震装置,本文针对地震作用下建筑结构TVMD阻尼比增效效应与优化设计展开研究。将TVMD对结构自身阻尼耗能功率的控制效果归纳为TVMD等效附加阻尼比,并基于随机振动理论推导了等效附加阻尼比的理论表达式。为了使TVMD更具实际应用价值,TVMD理论上应取得比同阻尼系数的黏滞阻尼器(VD)更大的等效附加阻尼比,这一现象定义为TVMD阻尼比增效效应,并定义了阻尼比增效系数来量化评估阻尼比增效效应。将等效附加阻尼比和阻尼比增效系数均作为优化目标,提出了TVMD最优设计参数理论解。参数分析结果表明,本文解具有良好的稳定性和适用性,为了更高效地发挥阻尼比增效效应,推荐TVMD质量比不超过0.3或阻尼比不超过0.1。以某七层标准钢框架结构作为工程算例展示了TVMD设计流程,并验证了本文解的有效性和优越性。算例分析结果表明,使用本文解设计TVMD能显著放大其阻尼元件变形,表现出了理想的阻尼比增效效应。与传统解相比,本文解还具有另一个明显优势,即保证TVMD的减震效果优于同阻尼系数的VD,不存在减震效率问题。

调谐黏滞质量阻尼器基于遗传算法的参数优化研究

本研究针对调谐黏滞质量阻尼器结构现有设计理论中存在的缺陷,提出了基于遗传算法的参数优化设计方法。现有方法利用定点理论获取阻尼器优化设计参数时,存在忽略主结构固有阻尼,优化参数适应频带窄以及附加质量比取值不明确等问题。基于遗传算法的调谐黏滞质量阻尼器结构优化设计方法可以根据实际需求适应目标,能够综合考虑共振频率和非共振频率对结构的影响。研究中针对主结构为单自由度的体系,对采用两种方法得到的设计结果进行了对比分析,结果表明,相较于既有方法,所提出的方法能够更为有效地得到系统的优化解,获得更好的减震效果。

一种旋转黏滞质量阻尼器对结构响应的控制研究

基于黏滞阻尼单元、惯性质量单元和位移增效机制的原理,介绍了一种新型黏滞质量阻尼器,与传统黏滞质量阻尼器中黏滞单元和质量单元的并联方式不同,其黏滞单元与质量单元采用串联形式,故称为串联黏滞质量阻尼器(SVMD)。首先,阐述黏滞质量放大的概念;然后,建立了SVMD的力学分析模型,并对其进行了结构响应的频域分析、优化设计以及与其他类型阻尼器的对比研究;最后,在时域中对配置SVMD的单质点隔震体系进行了增量动力分析,分别对不同阻尼比和不同地面运动加速度峰值时的隔震体系响应进行了研究。结果表明:当在隔震层中安装SVMD时,单质点体系的隔震频域适用范围较黏滞阻尼器和调谐黏滞质量阻尼器要大,并且传递率较黏滞阻尼器更低;在隔震层位移相等的条件下,安装SVMD的单质点体系的绝对加速度响应更小且阻尼器的能量耗散效率更高。

基于定点理论的串联黏滞质量阻尼器参数优化

基于定点理论,对一种串联黏滞质量阻尼器(SVMD)的参数优化问题进行了研究。首先,通过推导设置SVMD的结构响应传递函数,建立位移、加速度放大系数的统一表达形式。其次,基于定点理论,分别以位移、绝对加速度振幅最小为条件,得到相应的SVMD参数优化设计公式。最后,分别按照两种条件得到的优化公式,设计SVMD单自由度体系,并对其最优动力特性进行比较分析。结果表明,采用按两种条件优化设计的SVMD均可以有效降低结构的峰值响应;当质量比相同时,最小位移振幅条件下的优化刚度比和附加阻尼比均小于最小加速度振幅条件下的优化结果。

新型调谐黏滞质量阻尼器对斜拉桥的减震控制分析

以一种新型的调谐黏滞质量阻尼器(Tuned viscous mass damper,TVMD)作为控制装置,实现了对斜拉桥的控制模型建立及减震控制分析,探讨了TVMD装置减震的适用性和有效性。基于TVMD装置的工作原理和力学模型,建立了多自由度空间结构多TVMD控制装置在地震激励下的状态空间控制模型和传递函数模型;基于H_2控制理论,以结构控制目标响应传递函数的H_2范数作为优化目标,提出了利用分步参数扫描进行多TVMD控制装置参数优化设计的方法;以南京长江三桥作为控制对象,针对其在纵桥向地震激励下的振动,分别以TVMD、调谐质量阻尼器(TMD)和黏滞阻尼器(VD)作为控制装置,进行了控制方案的设计与效果的对比分析,对比分析结果表明,TVMD减震控制装置具有更为显著的减震效果及更优的耗能效应。

基于极点配置的调谐黏滞质量阻尼器脉冲型振动响应控制

在脉冲型随机激励(如近场地震、突发阵风等)的动力冲击作用下,结构通常因振动响应在短时间内达到最不利峰值而破坏。已有的针对脉冲型响应峰值的控制方法较少。为了更好地实现脉冲型振动响应的被动控制,以调谐黏滞质量阻尼器(TVMD)为研究对象,通过配置响应传递函数的极点,使结构脉冲响应函数衰减最快,推导得到了TVMD的稳定性最大化优化参数解析公式。通过对具有脉冲特性的近场地震响应和突发阵风响应的振动控制算例分析,将该方法与传统固定点理论得到的优化参数控制效果进行对比。结果表明:基于传递函数极点配置的TVMD脉冲型振动响应控制方法对脉冲型振动响应的峰值控制效果显著优于固定点理论的,且随惯质比变化并不显著,采用该方法可使具有脉冲特性的近场地震位移响应最不利值平均降低约50%,突发阵风最不利极值位移响应降低约40%。

基于调谐黏滞质量阻尼器的浮置板轨道低频减振方法

本文运用调谐黏滞质量阻尼器(tuned viscous mass damper,TVMD)控制系统的力学特征和工作原理,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了车辆-TVMD浮置板轨道的垂向耦合动力学模型,仿真分析了车辆-TVMD浮置板轨道垂向耦合系统的动力响应特征,并与传统钢弹簧浮置板轨道系统对比,探明了TVMD系统对浮置板轨道减振性能的影响规律.结果表明,应用TVMD系统使浮置板轨道在2~8 Hz频段的加速度振级明显降低,且原钢弹簧浮置板轨道在固有频率10 Hz处附近的振动放大行为得到有效缓解,即在保证中高频段减振性能的同时,TVMD系统提高了既有隔振器以及轨道系统的隔振频率范围和低频减振效果;增加惯性放大系数可提高TVMD系统的低频减振效果,但过大的惯性放大系数会使TVMD系统内部振动的回复速度降低,产生滞后位移,从而导致钢轨和浮置板位移后峰值的放大.

基于H2指标的惯容阻尼系统优化设计

本文以设置一种调谐黏滞质量阻尼器(TVMD)的结构为研究对象,引入不动点理论以及H2性能指标对惯容减震系统进行优化设计,通过对基于不动点理论的优化结果和基于H2指标的优化结果进行了比较分析,结果表明:与基于不动点理论的TVMD体系参数优化结果相比,在质量比相同的情况下,本文提出的基于H2指标的惯容减震结构优化设计所得优化刚度比和附加阻尼比更小,并且相应的TVMD结构体系的位移放大系数峰值更低。

TVMD的减振机理及其提升连续梁减震性能的研究

TVMD(Tuned Viscous Mass Damper)是一种能将实际质量放大上千倍,且能利用惯性力和调谐效应的新型减振装置。为有效提升连续梁桥的减震效果,研究采用空间分布的TVMD实现连续梁减震的优化设计和高效性能。先以TVMD对单自由度结构减震为例,探究TVMD在调谐频率处的高阻尼效应,及其附加刚度对结构动力特征的影响机制,揭示针对多个TVMD开展同步设计的必要性;进而建立连续梁桥多自由度精细模型,采用基于H2性能的梯度优化法实现多个TVMD的参数优化;分别基于连续梁桥纵、横向减震时的典型状态,实现空间分布且可能对多阶模态调谐的TVMD的优化设计,就连续梁桥的稳态谐振响应以及不同谱特性的地震波输入时的地震响应开展减震分析,阐明了TVMD相对于VD(Viscous Damper)减震时的高效性能。

储液罐晃动响应的被动控制方法研究

为解决采用常规被动控制技术难以降低储液罐晃动响应的问题,提出一种在隔震储罐中增设黏滞质量阻尼器(Viscous Mass Damper,简称VMD)的被动控制方法。基于储液罐的两质点简化模型,采用动力时程分析方法,对固定储罐、隔震储罐和增设VMD隔震储罐3种储罐的地震响应进行比较分析,并考虑VMD特征参数的影响,对储罐晃动响应被动控制方法的效果进行验证。结果表明:采用所提出的被动控制方法,不仅能够更加显著降低地震作用下储液罐的基底剪力和有效控制基底位移,避免隔震支座的剪切破坏,而且能够有效降低储液罐上部液体的晃动响应,避免过大的晃动响应所导致的罐顶破坏或储液外溢等问题。