改进的自调频单摆式TMD的减振性能研究

提出一种改进的自调频单摆式TMD系统,该系统由伺服控制系统、摆绳和质量块组成,其中伺服控制系统由加速度传感器、单片机电路板和步进电机组成.摆绳悬吊在步进电机上,在特定的外界激励作用下,单片机电路板自发地启动步进电机有规律地改变摆绳的长度以调节其频率至控制结构频率附近.建立单自由度体系在PTMD控制下的动力学方程,模拟其频率的调节过程及在脉冲激励、不同频率的正弦激励和白噪声激励作用下的结构响应.通过对比单自由度门式框架在启动和不启动变频率调节两种情况下的自由振动,验证了改进的自调频单摆式TMD对原PTMD的改进效果.模拟和试验结果表明:改进的自调频单摆式TMD在PTMD频率偏离结构自振频率时能自发地调节其频率至控制结构频率附近,降低结构加速度响应峰值,提高结构阻尼比.     

采用变阻尼式TMD的钢框架结构振动台试验

提出了一种新型变阻尼式调谐质量阻尼器(TMD),并将该阻尼器安装在两层单跨的钢框架模型结构上.通过对比无控状态、传统TMD控制状态、变阻尼式TMD控制状态下钢框架结构的动力响应,分析了变阻尼式TMD在Kobe波、Taft波和兰州波激励下的减震控制效果.试验结果表明:变阻尼式TMD可降低结构的自振频率并延长周期,采用变阻尼式TMD减震装置后,加速度响应最大可降低41.32%,位移响应最大可降低62.07%,最大减震效果较传统TMD提高了9%,且随着地震动峰值的增加,减震装置的控制效果越显著.     

双频率调谐质量阻尼器在桥梁抖振控制中的应用

DTMD是一种新型的具有双频率的调谐质量阻尼器,与普通TMD（调谐质量阻尼器）相比,可以同时实现对桥梁主梁竖向和扭转振动的控制.文中基于多模态耦合抖振理论,导出带有DTMD的桥梁抖振系统运动微分方程,列式中考虑了多模态参与作用和模态间的气动耦合效应,并应用随机振动理论求解系统运动微分方程.最后以一座斜拉桥为例,分析了频率和阻尼比对减振效率的影响,并评价了DTMD对桥梁耦合抖振的双重制振性能.结果表明,与普通TMD相比,DTMD对桥梁抖振具有更高的减振效率.     

基于表观质量负刚度效应的调谐质量阻尼器频率调节

以附加惯性飞轮与滚珠丝杠机构的弹簧-质量块单自由度(SDOF)模型为例,综合理论分析与模型试验建立了表观质量引起的负刚度效应模型。分析了将表观质量负刚度效应应用于调谐质量阻尼器(TMD)频率调整的可行性。研究表明:基于表观质量负刚度效应的TMD频率调节方法,采用质量比很小的惯性飞轮封装,即可实现TMD频率较大范围内的高效调节;基于表观质量负刚度效应的竖向超低频TMD设计方法,有效解决了TMD静压缩量偏大的问题。     

池式调谐质量阻尼器的工程设置方法

结构物的储水装置常被设计成池式调谐质量阻尼器(池式TMD),液体的动力效应会影响调频阻尼系统的控制效果.结合调谐液体阻尼器(TLD)与TMD共同作用的原理,综合考虑池式TMD的总体控制效果,并提出运用最优动力方法对池式TMD进行设置.以结构物室内游泳池为例,研究不同池长设计值的池式TMD的控制性能.结果表明,运用最优动力方法设置的池式TMD的控制效果明显优于普通方法设置的池式TMD,并为适应结构物内部使用空间要求提供了更为宽松的条件.     

集成型碰撞调谐质量阻尼器(P-TMD)振动台试验研究

针对传统调谐质量阻尼器(TMD)质量过大难以安装,对频率较为敏感的固有缺陷,碰撞调谐质量阻尼器(P-TMD)将碰撞耗能与传统的TMD相结合以增大装置耗能。在前期的数值模拟研究中,P-TMD在地震激励下展现了比TMD更好的控制效果及控制稳定性。根据P-TMD的数值模型设计制作了一个用于水平向减振的集成P-TMD装置原型,并将装置安装于一柔性框架结构进行了地震激励下的减振试验。试验结果验证了P-TMD在不同地震激励下都可以对结构响应进行有效控制,控制效果相对稳定;特别对加速度峰值和均方根值的控制效果可达40%以上,相比TMD控制的效果提升明显。本文结果可以为今后P-TMD的进一步研究和应用提供必要的试验支持。     

行人动力学参数对大跨简支人行桥人致振动的影响分析

为研究行人动力学参数对大跨结构人致振动的影响,采用等效人体模型参数识别试验研究了人体模型的自振频率和阻尼比,编程求解了考虑人-结构竖向相互作用的人行桥人致振动方程,讨论了人体质量、人体刚度、人体阻尼及人行荷载等行人动力学参数对人行桥动力特性及人致振动响应的影响规律.结果表明,人行荷载模型中人体质量可取中国男性居民平均质量66.2 kg.等效人体模型的自振频率和阻尼比分别取为5.15 Hz和35.62%.人行荷载作用下,人行桥一阶瞬时频率先减小后增大,一阶瞬时阻尼比先增大后减小.随着人体质量或人体等效阻尼的减小,瞬时阻尼比和频率的变化幅度均有所减小,但随着人体等效刚度的减小,两者的变化幅度均有所增大.人行桥跨中均方根加速度响应随着人体质量或人体等效刚度的增大也相应增大,而人体等效阻尼对人行桥加速度响应的影响较小.采用不同人行荷载模型计算的人行桥均方根加速度最大值是最小值的1.83倍.     

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.     

地震作用下风力机的TMD减振优化

为研究调谐质量阻尼器(TMD)对风力机的减振效果,以某140 m风力机为例开展了地震作用下TMD的减振优化分析.首先建立了该风力机的空间有限元模型,根据其动力特性及响应确定了TMD的布置位置;然后基于响应面法(RSM)优化了TMD的设计参数,进而拟合了TMD最优频率比及阻尼比的计算公式;最后通过典型地震波输入下风力机的地震响应,分析了基于拟合公式的TMD减振性能.结果表明:拟合的TMD最优频率比及阻尼比随质量比的变化趋势与den Hartog提出的TMD经典优化理论一致;在典型地震波作用下,优化后的TMD对风力机的减振效果更加明显;El Centro波作用下的塔顶峰值位移及位移均方根的降幅分别达到59.55％、65.20％,验证了RSM对高柔风力机TMD优化设计的有效性和可靠性.     

多重调谐质量阻尼器最优动力特性的趋势

多重调谐质量阻尼器（MTMD）是由频率呈线性分布的多个TMD所组成，刚度和阻尼保持常量但质量变化形成的MTMD模型能够提供更好的有效性和鲁棒性，文中揭示了这种MTMD模型最优动力特性的进一步趋势，数值结果表明，对于一个给定的总质量比，当MTMD的总数超过某一值时，其最优平均阻尼比趋近于零即导致近零最优平均阻尼比，近零最优平均阻尼比将使MTMD产生大的冲程，因此，MTMD的总数存在的上限，即最大允许的总数。     

大跨度斜拉桥钢塔施工阶段振动控制

以南京长江第三大桥为例，进行了斜拉桥钢塔施工阶段的动力特性测试和振动控制．通过环境振动、人力激振和调谐质量阻尼器（TMD）激振的方式测试了代表性施工状态时，钢塔和塔吊结构体系的模态振型、频率和阻尼，结果表明，施工阶段南京三桥钢塔无控阻尼值高于国外（日本）同等规模钢塔阻尼平均值．依据实测的结构动力特性设计了TMD和调谐液体阻尼器（TLD）参数并实现了现场参数调节．为评价制振效果，分别对TMD和TLD工作与非工作状态（无控）时的结构阻尼进行了测试分析，表明安装TMD和TLD提高了结构的阻尼，具有良好的制振效果且满足设计的要求．     

多重调质阻尼器制振性能及对桥梁抖振的控制

多重调质阻尼器（MTMD）是由多个具有不同频率、不同阻尼或不同质量的调质阻尼器构成的动力吸振器群,它对宽带激励下结构振动的控制效率在一定条件下要优于单调质阻尼器（STMD）．针对大跨桥梁在紊流风作用下的抖振特点,以上海杨浦大桥为例分析了MTMD的制振机理通过数值分析,讨论了MTMD的频率带宽、阻尼比以及频率比对减振效率和等效阻尼比的影响     

屋顶花园TMD减震控制研究

为降低结构的振动响应和充分利用屋顶花园,文章提出由多高层建筑屋顶花园结合叠层钢板橡胶垫组成屋顶花园TMD减震系统,并介绍了该减震系统的控制原理;对系统参数进行分析,得出屋顶花园TMD减震系统最优阻尼比、最优频率比;结合工程实例,探讨了利用屋顶花园进行减震控制的方法,并利用屋顶花园质量可调的优点,确定了合理的阻尼比、质量比,数值分析表明减震效果良好,系统性能稳定。     

多TMD控制下超高层建筑风振响应的快速算法及其应用

基于谐波激励法,提出一种适合大型复杂结构多调谐质量阻尼器(MTMD)风振控制的快速算法,该算法可根据刚性模型风洞试验获取的风荷载时程数据计算结构在MTMD作用下的风致响应.以高度为439 m的深圳京基金融中心(KFT)的风振控制为例,计算了单调谐质量阻尼器(STMD)作用下的结构风致响应,分析了STMD固有频率、阻尼比及质量等参数对结构风致响应的影响,进而对不同形式MTMD的结果进行对比分析.研究表明:采用快速算法进行风振控制计算是正确有效的;安装在顶层的STMD可有效控制KFT的风振响应;在TMD总质量相同的条件下,采用MTMD较STMD对结构的控制效果有所减弱,但MTMD方式仍可使结构顶部的峰值加速度响应降低约30%.     

常州东经120主题公园景观塔TMD风振控制分析

针对常州东经120主题公园景观塔(摩天轮)这一特殊的高耸结构为对象,研究调频质量阻尼器(TMD)系统风振响应控制效果。根据结构的自振特性,考虑TMD系统结构质量比为0.010、0.015和0.020时的情况进行设计,综合考虑工程使用了质量比为0.010的16个TMD系统,SPA2000三维模型分析表明工程设计的TMD系统在风作用下可以有效地发挥减振作用,在风速26.8和13 m/s的作用下结构顶点加速度的减振率分别可以达到30%和34%。     

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.     

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。     

基于转动惯性效应的调谐质量阻尼器控制方法

转动惯性双重调谐质量阻尼器(Rotational Inertia Double-Tuned Mass Damper,RIDTMD)是一种由调谐黏滞质量阻尼器(Tuned Viscous Mass Damper,TVMD)和调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)组合而成的新型减振控制装置.采用RIDTMD作为控制装置,建立了多自由度结构-RIDTMDs系统的减振控制模型,并对其减振的有效性进行了研究.首先,基于RIDTMD装置的工作原理分析,给出了RIDTMD装置单体的力学简化模型;然后,建立了任意数目的 RIDTMD装置对多自由度结构减振的控制模型;并以控制系统的H2范数为优化目标,将RIDTMD装置的参数进行优化;最后,以一个3层框架结构为例,对RIDTMD装置的减振效果及装置参数对结构响应的影响规律进行分析,并与传统TMD装置进行对比,验证了RIDTMD装置减振的有效性.     

围护墙多功能减震结构的地震反应频响分析

围护墙多功能减震结构是一种新型减震结构,具有调频质量减震和阻尼耗能减震等多种耗能减震功能。为了研究此减震结构在地震作用下的响应特性,本文建立了减震结构在地震作用下的动力方程,推导了减震结构地震响应的传递函数、频谱密度,得到主要影响参数对该结构减震效果的影响,并采用模拟地震振动台进行普通框架结构和此结构的对比验证,通过加速度(位移)功率谱密度和加速度(位移)频响幅值反映出各设置工况下的减震规律。结果显示,与普通框架结构相比,该结构的功率谱密度和频响幅值均有不同程度的减小,减震幅度最大可达39.97%,表明该结构体系在地震波作用下具有很好的减震效果,并在参数设置合理的情况下,减震效果更佳。