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。

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。

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。

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.

基于TMD的海上浮动风力机结构振动控制研究

将调谐质量阻尼器（TMD）引入海上浮动风力机结构动力学控制领域，建立了浮动风力机的气动．水动一控制．TMD－结构完全耦合动力学模型，对典型5MW驳船型浮动风力机进行了TMD参数优化和振动控制研究；通过对5种典型风浪联合载荷工况、有／无配置TMD的风力机的动态响应仿真，研究了TMD的振动抑制效果。结果表明：优化设计的TMD在100s内使风机塔顶纵向挠度的标准差降低45．7％；TMD使塔根纵向载荷、塔顶纵向挠度标准差降低20％－50％；使叶根纵向载荷、叶尖纵向挠度标准差降低10％－40％。因此，该TMD控制策略可显著减小海上浮动风力机各关键部位的振动响应及载荷。

随机地震作用下TMD等效附加阻尼比研究

针对随机地震作用下TMD给结构提供的附加阻尼比展开研究。随机地震动采用过滤白噪声Kanai-Tajimi功率谱模型,并将Kanai-Tajimi功率谱模型描述的场地过滤效应表示成传递函数形式,进而推导出结构相对于基岩的位移动力放大系数。然后,结合SRSS方法,以结构位移响应均方值作为评价准则,提出了随机地震作用下TMD提供给结构任意阶模态的等效附加阻尼比理论公式。最后,以某景观塔作为工程算例展示了TMD等效附加阻尼比的求解流程,并验证了该等效附加阻尼比公式的有效性。算例分析结果表明,使用等效附加阻尼比指标来评估TMD减震性能是合理有效的,且使用推导的TMD等效附加阻尼比理论公式能更准确地评估TMD对结构位移响应的控制效果。

利用TMD系统进行多维减震的一个新方法

介绍了利用顶部调谐质量阻尼器系统不但进行水平减震,还能同时进行竖向减震的一种新方法,是对TMD系统在多维减震新方法的探讨,并提出TMD多维减震系统计算模型。运用有限元软件SAP2000对某16层钢筋混凝土框架结构建立模型,竖向TMD子结构、水平TMD结构不同质量、刚度、阻尼下,对建筑物进行竖向地震作用的时程分析。结果表明,在最佳TMD子结构、TMD结构及建筑物质量、刚度、阻尼比时,减震效果达到最好,竖向减震达到30.1%~65.5%,竖向减震效果良好。

竖向TMD用板式电涡流阻尼器磁路对比分析

为提升竖向TMD用板式电涡流阻尼器(PECD)的耗能效率,分别开展了典型竖向电涡流TMD样机的阻尼性能测试与有限元仿真分析,基于相邻永磁体有效耦合率性能指标,采用三维电磁场有限元分析方法分别优化了外置式与内置式PECD的磁路设计,并对比分析了各磁路的耗能效率、耐久性与占用空间等。研究结果表明:提出的相邻永磁体有效耦合率可以很好地表征永磁体相互作用对PECD等效阻尼系数的影响程度,有助于指导磁路优化设计;外置式与内置式PECD磁路优化设计方案在相邻永磁体磁极布置、水平与竖向适宜间距等方面均存在较大差别;各最优磁路永磁体用量一定时,内置式PECD的等效阻尼系数略低于外置式PECD(附加导磁钢板),但远高于外置式PECD(无导磁钢板);装配内置式PECD的竖向TMD结构相对紧凑,且耐久性也相对较高。

拉索-TMD系统的参数化建模分析

针对TMD各参数对拉索减振的影响,提出拉索-TMD系统的减振模型.运用复模态方法分析得到系统自由振动阻尼特性的数学解析式,求得拉索-TMD系统的最优模态阻尼比近似解表达式,即得到TMD对拉索减振的具体影响参数,并以此为基础借助有限元软件,建立拉索-TMD系统模型.以TMD各参数为控制变量,通过外界正弦激励,记录拉索的时程数据曲线.通过对所得数据的分析得出TMD各参数变化对拉索阻尼比的影响规律.结果表明:TMD对拉索减振起到明显的作用.通过拉索-TMD系统的有限元模拟可以确定TMD各参数对系统减振的具体影响,得到的优化参数可以对工程中TMD优化设计提供指导.

某项目大跨度钢结构连体楼盖减振分析

项目位于广东省肇庆市高新区,其中两栋为连体结构,主体高度47.3 m,且连体部位跨度约30 m。主体结构采用钢筋混凝土结构,连体部分采用钢结构。由于连体跨度较大,大跨度钢结构楼盖也存在着竖向刚度较弱、自振频率较低、易受人行荷载激励等问题,影响了楼盖的振动舒适度。故通过有限元软件计算分析,来判断其舒适度。在舒适度不满足相关规范要求时,通过设置调谐质量阻尼器(TMD)的方法,以达到抑制人行荷载作用下的楼板振动。最后通过理论分析和数值模拟,对不同调谐质量阻尼器(TMD)的布置方案的减振效果进行了比较和评估,得出结论:TMD的布置应结合楼板的实际振动频率及布置TMD后的振动频率确定,并尽量布置在跨中位置,减振效果最好。

钢拱桥刚性细长吊杆减振用调谐质量阻尼器的试验研究

针对钢拱桥刚性细长吊杆空气动力性能较差的问题,给出了采用调谐质量阻尼器(TMD)的吊杆减振初步设计方法,并研制了适用于吊杆减振的永磁式电涡流TMD样机。不仅实现了TMD刚度与阻尼的完全分离,且阻尼很容易地通过调整磁场间隙进行调节。试验与分析结果表明,研制的TMD具有较好的耐久性与工程应用可行性。

大跨度钢桁架人行天桥减震控制研究

介绍了大跨钢桁架人行天桥消能减震设计。研究表明,采用调谐质量阻尼器(TMD)减振系统后,能有效减小人行激励下结构的加速度,减振效果显著并可获得较好的人行舒适度。

地震作用下调频质量阻尼器减震效果试验研究

为考察地震作用下调频质量阻尼器(TMD)的减震效果,按简谐激励作用下双自由度TMD结构最优参数设计和加工了一个设置TMD减震子结构的钢框架模型,采用电磁振动台加载,对其在简谐激励和地震波作用下的动力响应规律进行了试验研究。试验结果表明:简谐激励作用下TMD的减震效果受激励频率的影响非常明显,当激励频率与结构自振频率接近时,减震效果好,远离结构自振频率时,减震效果变差,还可能会放大结构的响应;地震波作用下TMD的减震效果受到地震波频域能量分布的影响,当地震波中与主结构频率相对应分量的反应谱值位于反应谱曲线的局部极小值附近时,TMD可能会放大结构的地震响应;反之,当主结构对应反应谱值位于反应谱曲线的局部极大值附近时,减震效果非常显著。研究结果表明TMD减震技术应用于结构抗震设计时,需详细考察其减震效果的可靠性,不能仅仅依据规范要求的3组地震波作用下的结果加以设计。

核电站不同结构模型的比较教学研究

应用结构隔震减震技术减小核电站的地震响应,培养学生结构创新能力和兴趣。以某AP1000核电站屏蔽厂房为例,应用比较教学方法,比较传统非隔震模型、基础隔震模型、基础隔震—调谐质量阻尼(TMD)模型和TMD模型的地震响应,表明隔震减震技术可以大幅度提高核电站抗震安全性。本研究对结构抗震课程的隔震减震教学具有参考价值。

大跨度叠层连廊步行振动响应及减振控制研究

为研究西安站东配楼大跨度叠层连廊振动舒适度问题,文中通过建立叠层桁架的空间有限元模型,利用Ritz向量法对大跨度叠层结构进行了模态分析和人行荷载振动响应分析,采用调谐质量阻尼器进行了竖向舒适度控制,分析了对连廊振动响应的影响因素。研究结果表明:通过对比不同调谐质量阻尼器布置方案的结构加速度响应,获取了叠层连廊采用多频率被动调谐质量阻尼器的合理方案,布置多频率TMD后连廊结构步频为1.4 Hz和1.5Hz的峰值加速度,相比于原结构的减振率分别为58%和35%,相比于单频率TMD的峰值加速度的减震率提高了9%和25%,布置多个不同频率的TMD对连廊的减振效果减振效果更为明显,舒适度满足设计要求。

城市人行景观桥总体设计及减振控制研究

城市人行景观桥在追求结构轻巧的同时往往存在着结构受力的要求与景观效果、桥梁振动之间的矛盾,如何综合考虑人行桥的受力、景观和振动之间的关系成为城市人行景观桥设计的关键。以某城市人行景观桥为工程背景,对人行景观桥总体设计及减振措施进行探讨和研究。运用三维设计方法对人行桥的整体景观进行了设计,设置TMD调谐质量阻尼器减少了人行桥的振动,使其达到行人舒适度的标准。

标志塔调谐质量阻尼器(TMD)减振控制分析与应用

河南艺术中心标志塔高60m,最大直径仅3.0m,属于高耸高柔结构,在风作用下容易产生明显的振动效应。在模态分析和时程分析的基础上,结合标志塔自振特性,采用被动式调谐质量阻尼器(TMD)控制装置。设计研究了TMD控制装置的位置、刚度、质量和阻尼的优化问题,完成了TMD控制装置的优化设计和结构整体结构减振控制设计。试验室测试及安装完成后,现场调试与测试结果显示,工程中的TMD达到了抗风减振控制设计目标。

设有基础隔震-TMD的双层安全壳核电站结构抗震性能研究

为提高核电站的抗震安全水平,基于第III代核电站双层安全壳(内安全壳、外安全壳)的结构特点和非能动安全技术要求,提出了基础隔震(BIS)-调频质量阻尼(TMD)抗震结构。以我国“华龙一号”核电站为研究对象,以满足核电站基本安全功能对结构特殊抗震要求为目标,应用符合非能动技术要求的隔震减震技术,给出了符合双层安全壳结构特点的抗震设计理念。基于基础隔震核电站研究成果,应用上述抗震设计理念,在增加附加质量很小的情况下,实现了BIS与TMD相结合的抗震结构设计。与传统非隔震模型和基础隔震模型比较,研究了该混合抗震结构的减震机理。结果表明:混合抗震结构综合了BIS与TMD的优点,避免了BIS和TMD各自的内在缺陷,进而验证了提出的抗震结构的减震效果,可以满足核电站的特殊抗震要求。

单钢管避雷针减振设计技术研究

单钢管避雷针的长细比过大,刚度较小,在风荷载作用下容易发生风致振动和涡激振动,导致避雷针的根部或法兰连接部位的焊缝或螺栓产生疲劳破坏。为了减少避雷针在风荷载下的振动,采取相关减振措施。采用有限元软件ABAQUS对结构进行建模分析,比较三种减振方案的不同效果。结果表明,基于特制调频质量阻尼器（TMD）的减振装置效果好并易于实施,在合理设计下能够显著减小振动;而内置预应力拉索方案没有明显的减振效果;采用灌浆加强的双法兰连接构造虽然未能减小振动,但是局部的加强有助于降低关键部位的应力水平,进而提高疲劳性能。此外,对格构式避雷针进行建模分析,与单钢管避雷针比较发现,格构式避雷针在风荷载下的力学性能优于单钢管式避雷针。

AP1000核电机组屏蔽厂房层间隔震结构及其抗震性能研究

针对AP1000核电机组屏蔽厂房的结构特点,建立了结构参数优化模型,通过修改屏蔽厂房各部分之间的连接方式,构建了该屏蔽厂房的层间隔震新型结构。与传统屏蔽厂房结构、基础隔震结构等模型比较,表明了本新型结构的减震机理不同,并验证了本新型结构具有显著的减震效果、稳定的抗震鲁棒性和良好的场地适用性。