基于TMD阻尼器高压电气设备地震响应及振动控制

变电站高压电气设备如互感器、断路器、隔离开关等,在维持电力系统的正常运行中起到了关键性作用。当发生地震灾害时,变电站中电瓷型电气设备最容易发生破坏,造成重大经济损失。利用数值分析方法,建立了典型高压电气设备的三维有限元模型,研究了典型SF6断路器的地震响应,同时分析并对比安装环形调谐质量阻尼器(简称TMD阻尼器),通过改变阻尼器阻尼系数及质量块质量,研究了安装环形TMD的振动控制效果。研究结果表明:在地震作用下,断路器边侧极柱顶端易产生较大位移,根部易产生较大应力,当安装TMD阻尼器时,随着阻尼器阻尼系数和质量块质量的变化,断路器位移、应力、加速度变化符合一定规律,并且当阻尼系数取0.05左右,质量比取主体结构质量的9.375%时,减震效果最佳。研究结果对指导高压电器设备的抗震设计提供有价值的参考。

可调TMD阻尼器在大跨度钢结构中的震动控制应用

福州海峡国际会展中心的建筑平面呈椭圆形,长轴方向最大尺寸约468m,短轴方向最大尺寸约130m。主体结构采用钢筋混凝土框架结构,屋盖采用大跨空间钢结构,连廊最大跨度30m,对其进行人流通行时的震动控制研究,提出合理的震动控制方案。采用可调频TMD阻尼器,结构节点位移及震动均明显降低,有效减小结构在人流通行过程中的震动反应,提高结构的舒适度。棋盘井职工活动中心的建筑平面呈3个相切的圆形平面,直径均为72m,中间采用大跨度钢结构连廊相互连接,连廊部分跨度最大跨度14m。为满足设计的会议室使用功能要求,采用可调频TMD阻尼器,调节震动频率,满足结构舒适度要求,提高结构的安全性、舒适度及经济性。

竖弯涡振控制的调谐质量阻尼器TMD参数优化设计

针对传统调谐质量阻尼器(TMD)的参数优化方法中无法考虑涡激气动力的气动阻尼和气动刚度效应这一问题,通过"类半带宽法"识别线性涡激力模型中相关气动参数,提出考虑涡激力气动阻尼和气动刚度效应的TMD参数优化设计理论模型.以厦漳跨海大桥为工程背景优化设计了用于涡振控制的TMD参数,研究涡激力气动阻尼和气动刚度对TMD最优频率比和阻尼比的影响,并通过风洞试验验证了TMD的涡振控制效果.研究发现,涡激力的气动阻尼和气动刚度效应会对用于涡振控制的TMD最优频率比和阻尼比产生一定的影响,从而影响最终的涡振控制效果.

一种调谐质量阻尼器(TMD)等效阻尼力测量方法

建立了结构安装调谐质量阻尼器(TMD)减振装置的力学简化模型,基于Den Hartog给出的经验公式设计参数,提出了一种可以直接测量结构与TMD之间作用力(称为等效阻尼力)的半实物实验新型测试系统.该系统可测试TMD的力学特性,重现在真实环境荷载激励下海洋平台的响应.介绍了该实验系统的原理及等效阻尼力的测量方法,并在正弦位移输入下,对实测的等效阻尼力与计算值进行了比较,发现两者数值大小近似相等,验证了该系统的可行性.

调谐质量阻尼器(TMD)在大跨斜拉桥减震控制中的应用

将调谐质量阻尼器(TMD)运用于润扬北汊斜拉桥地震反应控制。给出了TMD的减震机理及其力学分析模型,建立了TMD-斜拉桥地震反应控制系统的有限元模型,并进行了TMD对斜拉桥减震效果分析。分析发现,TMD使斜拉桥结构的阻尼耗能减少了30%,主梁跨中和端部的横向位移减少了12%,竖向位移减少了24%。结果表明,调谐质量阻尼器能有效的控制大跨斜拉桥在地震作用下的振动。

基于刚度-阻尼器调谐质量阻尼器(SD-TMD)新模型策略的性能评价

利用导出的设置基于刚度-阻尼器调谐质量阻尼器(SD-TMD)结构和SD-TMD的传递函数,建立了SD-TMD结构系统的动力放大系数。于是,SD-TMD最优参数与有效性的评价准则为:设置SD-TMD结构最大动力放大系数中最小值的最小化。而SD-TMD冲程的评价准则为:SD-TMD动力放大系数的最大值。基于上述的两个评价准则,研究了刚度比R对SD-TMD性能(最优参数、有效性和冲程)的影响。为比较,同时考虑了传统TMD(即R=0的SD-TMD)的数值结果。

主结构阻尼对TMD最佳设计的影响研究

通过引入调谐质量阻尼器(TMD)可以解决复杂建筑结构的振动问题。主结构阻尼的存在使得TMD最佳设计由解析解变为非线性方程解。对于无阻尼主结构,TMD最佳设计时,各设计参数是质量比μ的函数,因此μ的取值是设计的关键。通过理论对比和案例数值分析,得到结论:主结构阻尼对TMD的减振效果具有削弱作用,随着阻尼的增大而增大,但可以通过增大μ来对冲这种削弱作用;考虑了主结构阻尼后,TMD最佳设计公式有一定的误差,μ越小越明显;综合考虑减振效果等因素,建议取μ=5%~10%。工程实践中可以以最佳设计参数为基准进行小范围变动取值试算,取最优结果。研究结果可为TMD的最佳设计提供参考依据。

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。

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。

钢结构景观人行桥梁高和铺装对人致振动和阻尼器设计的影响

以上海临港顶新科学家公园环形景观人行桥为例,详细分析了人行桥行人舒适度评估和质量调谐阻尼器(TMD)的设计过程。在跨径、梁高、桥面附属等外部景观条件的约束下,针对人行桥主梁梁高和桥面铺装厚度两方面的业主要求,对TMD的合理布置、数量的优化做了研究。总结归纳了人行振动计算和TMD的设计经验。

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阻尼器在钢箱梁桥中的应用效果监测分析

崇启长江大桥是长江上连接崇明岛与南通的重要通道.崇启大桥主桥为6 跨连续钢箱 梁, 总跨度为944 m（102 m ＋4×185 m ＋102 m）.由于桥梁建设期间存在主梁涡激振动, 中间四跨在箱梁内安装了TMD质量调谐阻尼器.为了监测桥梁运行状况, 该大桥上安装了健康监测系统, 主要包括风速仪以及主梁和TMD阻尼器上的加速度和位移计.依据健康监测数据评估崇启大桥 TMD阻尼器的效果.在同等风速条件下, 对TMD安装前后的桥梁振动情况进行了比较; 通过模态分析, 表明TMD主要抑制桥梁的-阶振动模态.

液体质量双调谐阻尼器(TLMD)的设计方法研究

基于结构动力学和流体力学原理,对液体质量双调谐阻尼器(TLMD)的减振机理和计算公式作了推导,归纳了TLMD的设计方法。在此基础上,结合调谐质量阻尼器(TMD)的有限元模型,以及单自由度体系在给定初位移的自由振动试验,检验了TLMD设计方法的可行性与准确性。试验结果表明TLMD减振效果的试验值与模拟值吻合较好,且近似为调谐液体阻尼器(TLD)和TMD的叠加,整个设计过程较为简便。最后以30层钢框架结构的地震响应控制为例,演示了应用TLMD减震的设计过程。

基于调谐质量阻尼器的风力机叶片振动分散控制研究

针对叶片面内方向振动控制问题,考虑叶片面内与面外振动的耦合,采用欧拉-拉格朗日法建立分布式参数叶片的动力学模型。阻尼装置采用在叶片内部分散布置的多个主动调谐质量阻尼器(TMD),由叶片及TMD的速度反馈信号控制。旋转导致叶片的时变刚度由参数不确定性描述,基于稳定性原理设计鲁棒分散控制器。在Matlab平台建立NREL 5 MW机组模型进行数值仿真,结果显示基于局部执行器和传感器的鲁棒分散控制策略能有效减小叶片面内振动。

一种组合型质量阻尼器的振动台试验研究

基于液体调谐和颗粒碰撞协同减振的原理,提出一种组合型质量阻尼器,并对其开展振动台试验的初步研究。对比考察某单自由度结构不附加、附加组合型质量阻尼器、附加传统质量阻尼器和附加传统液体阻尼器在三种不同地震波激励下的动力响应,验证组合型质量阻尼器的减振工作性能。试验研究表明:无论是从峰值加速度衰减率,还是均方根加速度衰减率来看,新型组合型质量阻尼器的减振性能基本优于传统质量阻尼器;传统阻尼器的减震效果更易受激励地震波特性的影响;组合型质量阻尼器在全频带内均有减震效果,低频内减震效果更佳;且其减震效果对地震波幅值变化不敏感,系统鲁棒性较好。

T MD调制阻尼器在桥梁工程中的应用

简要介绍了历史上典型的人行动载引起的桥梁振动问题,以及TMD调制阻尼器的工作原理。以工程案例的形式分别列举了TMD调制阻尼器减振装置用于大跨人行悬索桥减振、梁桥减振的成功实践。最后对减振装置的预期发展进行了展望。

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。

大跨度反向芬克式桁架人行桥总体设计

某跨京杭大运河人行桥采用反向芬克式桁架桥,桥梁全长198 m,跨径布置为(15.9+150+15.9)m。桥体造型以运河帆影为设计灵感,梁、塔、索造型以运河上的漕运船为蓝本。主梁采用封闭式单箱三室钢箱梁,桥塔塔柱及撑杆均采用钢制梭形结构,布置在主梁中央,并与主梁固结。拉索采用双叉耳热挤压高密度聚乙烯高应力幅钢绞线拉索与冷铸镦头的组合体系,塔顶处为固定端,梁端为张拉端。反向芬克式桁架桥的整体刚度由拉索的张拉力提供,合理初索力的确定是反向芬克式桁架桥设计的关键。边跨成桥索力大,且锚固位置受选址红线限制,为保证传力路径可靠,在边索与主梁交接处设整体式传力板。经人致振动分析,采取在距主跨跨中两侧28 m处各安装1对TMD的减振措施,以满足人行舒适度要求。

基于TMD的拉索振动控制研究

对基于安装位置不受局限的TMD阻尼器的拉索多模态耦合振动控制进行了研究,理论推导建立了张紧索-多TMD阻尼器模型、基于张紧索模型的TMD阻尼器参数优化,并进行了相关的数值计算,结果表明多个TMD阻尼器能有效地控制拉索的多模态耦合振动。

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。