基于TMD的多跨折形人行吊桥的振动控制研究

文章建立了多跨折形钢结构人行吊桥模型,通过有限元软件ANSYS进行模态分析和人行荷载作用下的动力时程分析。结果表明,该桥在人行荷载作用下振动响应过大,影响结构的正常使用。在吊桥的跨中位置安装调频质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)进行减振控制,通过计算选取最优的TMD参数。对比相同人行荷载作用下安装TMD装置和未安装TMD装置桥梁的动力响应,结果表明TMD能有效减轻吊桥的振动响应。     

无级调频吸振装置的减振研究

为解决工业厂房楼板高频设备振动问题,提出一种无级调频吸振装置,对吸振装置无级调频工作原理进行了理论推导,并对该装置的吸振效果进行了试验验证,试验结果表明,在按需设定频率下,采用吸振器控制时结构楼板所对应频率的加速度大幅减小,装置减振率可达到56%以上,且水平距离越接近激励源中心处的测点,楼面的减振效果越好。无级调频吸振装置具有良好的减振控制效果,为解决高频设备导致厂房楼板竖向振动难题提供了高效减振方案。     

部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥车激振动响应分析

为研究部分填充混凝土钢管桁梁桥车激振动响应,以陕西某部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥为工程背景,基于分离迭代法原理,采用APDL语言自编车桥耦合振动系统求解命令流实现其车激振动响应计算;对比分析了不同填充系数、桥面不平度等级、车速等因素对桁梁桥动力响应的影响。结果表明：部分填充混凝土能有效提高钢管组合桁梁桥的竖向动力刚度,降低桁梁桥的动力响应,提高桁梁桥在车辆荷载作用下的抗疲劳性能;随着填充系数增加,主桁跨中下弦杆相对刚度先减小后增大,轴力最大值呈现先减小后增大变化趋势;桥面不平度是部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥车激振动的主要影响因素,桥面不平度等级越低,桁梁桥动力响应增幅越大;部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥动力响应最大值并不随车速增加而单调递增,当车速为60 km/h或120 km/h时,桁梁桥动力响应值最大。部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥填充系数推荐取值范围为0.35 ~ 0.5。     

龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥耦合振动及行车安全性

为研究龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥系统动力响应及行车安全性,首先以Kou-wen三维模型模拟龙卷风速度场,基于准定常理论确定了移动龙卷风作用下车辆和桥梁风荷载时程. 然后,分别采用多体系统动力学和有限元理论建立列车和轨道-桥梁子系统动力方程,基于轮轨空间非线性接触建立风-车-轨-桥系统动力方程,并采用分离迭代法求解系统动力响应. 数值算例中,以某公路铁路两用斜拉桥为研究对象,通过风洞试验和CFD数值模拟确定车辆和桥梁气动力系数,分析了龙卷风移动路径、强度等级和行车速度对车-桥系统动力响应及列车行车安全性的影响. 结果表明：桥梁竖向振动响应比横向显著,且龙卷风竖向风速对桥梁竖向位移起控制作用 . 当车辆经过风荷载最大位置时,车辆的横向和竖向振动响应均达到最大值,且车辆动力响应受龙卷风荷载和桥梁动力响应共同影响. EF1级和EF1.3级龙卷风作用下,列车安全通过的车速阈值分别为180 km/h和114 km/h.     

移动荷载作用下简支梁振动减振分析

振动控制是解决大跨轻质人行天桥舒适度的关键问题之一。通常会采用调谐质量阻尼器(TMD)进行减振,可以有效降低桥梁在行人激励下的振动反应。将行人激励简化为移动简谐荷载,建立人群-人行桥-TMD振动系统,推导在匀速移动人行荷载下,人群-人行桥-TMD振动系统的运动微分方程。并结合某一人行天桥实例,对该人行天桥进行添加TMD后的Simulink仿真分析,与Ansys建模分析的结果进行对比,说明Simulink仿真分析的正确性。采用中国规范进行舒适度分析,选取一定范围人行荷载的频率,并用Simulink对此简支梁桥进行定质量TMD与变质量TMD的减振分析,分析结果表明变质量TMD减振效果优于定质量TMD减振效果。     

某人行桥动力响应分析建模与计算

旨在研究某人行桥在行人动力荷载下的动力响应.在建立结构动力模型和行人荷载模型的基础上,进行动力分析与计算,得到了结构动力响应.结果表明,在竖向和侧向振动方向上,最大感知加速度值均超过了限值.最后定量提出了TMD减振措施.     

封闭环形连续钢箱梁人行天桥不同减振方法的研究

针对某钢箱连续人行天桥特殊的结构形式及振动特性,建立空间有限元模型,以跨中竖向位移及加速度减振率为标准,通过理论计算比较TMD减振效果与频率调整法减振效果,结果表明对于该桥频率调整法减振效果远远优于TMD减振效果,可见TMD减振系统并不是适用于所有结构,所得结论可供同类桥型减振设计参考使用.     

基于MRE的变频TMD竖向振动控制

目的研发一种基于新型智能材料磁流变弹性体(MRE)的变频调谐质量阻尼器(TMD),为弥补传统TMD的频率不可调提供理论依据.方法研究MRE剪切模量与施加电流之间的关系,采用希尔伯特-黄变换(HHT)和随机减量技术(RDT)相结合的方式对主结构频率进行精确识别,完成了变频TMD对固支梁竖向振动控制的仿真计算,分析了不同质量比对变频TMD和传统TMD减振控制的影响.结果在自行研发的变频TMD中,MRE的剪切模量会随着外加电流的增强而增大,在1.8 A左右接近饱和值.利用HHT和RDT相结合的方法对频率识别方法是精确有效的.固支梁竖向振动的仿真结果表明,变频TMD能够在固支梁频率发生变化时仍保持良好的减振效果,固支梁频率与传统TMD自振频率相差越大,在达到同样减振效果时所需要的变频TMD质量比就越小.结论基于MRE的变频TMD能够实时与主结构频率保持一致,在主结构频率发生改变时仍具备良好的减振效果,并且变频TMD在减小TMD质量比方面也具有较大的优势.     

多工况激励下大跨度钢结构高铁站房振动响应的现场实测研究

基于太原南站钢结构站房健康监测系统,对站房结构在列车进站、出站、过站工况,人群检票进站工况以及施工荷载工况下钢结构站房的实测加速度响应数据进行分析,考察不同测试工况下钢结构站房的振动响应特性。结果表明:结构竖向加速度响应频率与列车加载频率呈倍频关系,站房在列车过站工况激励下的响应明显大于列车进站、出站工况,且均不会引起结构的显著振动;人群步频的1倍频与2倍频易激起结构竖向振动,但受步速限制,其等效峰值加速度(ESPA)最大值未超过规范限值;施工荷载激励频率在10 Hz以上,易激起X形钢柱竖向振动;等效峰值加速度曲线能较好反映加速度响应幅值的变化趋势,可用来评估大跨度站房结构的舒适度水平。     

大跨度连廊人致振动分析与减振设计

综合目前人行荷载和舒适度评价的研究成果,模拟不同工况下单人、多人有序和随机荷载,对某大跨度钢结构连廊进行振动特性和舒适度分析.根据结构的振动特性,借鉴MTMD相关研究,对大跨度钢结构连廊进行MTMD减振设计.结果表明,利用MTMD减振系统可以有效地控制结构的竖向振动,满足舒适度的要求.     

环境激励下人行桥振动时频分析

为研究人行桥在不同环境激励下的振动响应规律,采用Hilbert-Huang变换对某人行桥在噪声激励、车辆荷载、行人荷载以及车辆-行人荷载耦合激励条件下的加速度响应进行分析。结果表明：噪声激励、车辆荷载、人行荷载、车辆-行人耦合激励条件下人行桥的加速度响应幅值逐渐增大,脉冲指标呈逐渐增加的趋势,功率谱幅值不断向高频段偏移。四种激励下,人行桥的加速度响应经过EMD分解后的前五阶IMF的方差贡献率及相关系数较大,且瞬时振幅和瞬时频率呈减小趋势;其能量分布随加速度幅值的增大逐渐增大,车辆荷载作用下其能量熵值最小,能量分布相对均匀。Hilbert-Huang变换对处理复杂环境激励下的桥梁振动响应具有较好的识别效果,本文的分析过程可为同类振动信号处理所借鉴。     

爆炸荷载下弹性支撑地下拱结构的动力响应

弹性支撑是常用的隔振减振手段,研究爆炸荷载下弹性支撑地下拱结构的动力响应对提高地下防护工程内部人员及设备的战场生存能力具有重要意义。应用ANSYS/LS DYNA非线性显式动力有限元分析程序,模拟了爆炸荷载下弹性支撑地下拱结构的模态和动力响应,得到了低阶自振圆频率变化曲线和拱顶、拱肩、拱脚动力响应时程曲线。结果表明：弹性支撑减小结构固有频率,延长结构自振周期,具有良好隔振减振作用;临界刚度系数导致结构的一、二阶模态易同时激发,结构设计时应予以避免;与刚性支撑地下拱结构相比,弹性支撑地下拱压力、应力峰值减小,出现时间延长,竖向位移峰值增大,抗爆承载力提高;弹性支撑的刚度系数并非越小越好,应根据结构抗爆承载力和极限位移设计要求合理设置。     

磁流变调谐质量阻尼器在海上风机振动控制中的应用

针对近海风机在风、波浪和地震3种载荷作用下的振动控制问题,提出了基于磁流变弹性体(magnetorheological elastomer, MRE)调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)的海上风机半主动控制方法。首先,介绍了MRE的变刚度磁致力学特性及面向海上减振需求的MRE-TMD结构设计原理;其次,建立了海上风机-TMD动力学模型,计算了风、波浪及地震激励载荷;再次,应用半主动控制算法跟踪识别风机塔筒顶端响应的频率,实时调节MRE-TMD的刚度,进而对海上风机进行振动控制。通过分析导管架式近海风机在多种载荷作用下的动力响应可知,采用基于MRE-TMD的控制方法能够有效衰减导管架式海上风机在多种载荷作用下的振动响应。与被动TMD相比,MRE-TMD具有较好的减振效果,为海上风机振动控制提供了一种新的解决思路。     

中低速磁浮诱发交通枢纽换乘中心振动响应研究

针对中低速磁浮诱发机场综合交通枢纽换乘中心（GTC）振动问题,建立磁浮列车-轨道梁耦合振动模型和轨道梁-GTC-土体有限元模型,采用两步法对车致GTC振动响应特征、传播规律和振级进行分析.磁浮列车采用多体动力学建模,轨道梁采用有限元法建模,两者之间通过线性化磁轨关系形成耦合振动模型,并通过与现场实测结果对比验证了模型的正确性.基于所建立的耦合振动模型,获取H型钢轨枕与承轨台之间的扣件力时程并将其施加在轨道梁-GTC-土体模型上,通过瞬态分析得到了GTC典型观测点的动力响应.结果表明：磁浮列车诱发振动沿高度方向传播时,结构柱和楼板的振动响应均随高度的增加先减小后增大,沿水平方向传播时,振动响应随距离的增大而快速衰减;GTC振动响应存在明显的倍频现象,即扣件力主频倍频处振动响应的功率谱密度曲线存在明显峰值;当车速为60 km/h时,车辆激励主频与轨道梁一阶竖向自振频率接近,此时观测点的1/3倍频程最大振级大于其他车速;当磁浮列车以60~120 km/h车速通过GTC时,各楼层最大Z振级均未超过规范限值,表明该机场GTC具有良好的整体刚度.     

含分数阶导数的1/4悬架模型时滞反馈控制研究

针对具有时滞减振主动控制技术的车辆悬架,研究分数阶导数和时滞减振联合控制对车辆悬架系统振动的影响。将含有分数阶导数的时滞反馈控制加入到1/4车辆模型中,运用稳定性切换法对系统的稳定性问题进行分析,得到系统稳定的时滞区间。根据车辆平顺性指标,在频域范围内建立基于振动响应量加权均方根值的优化目标函数。利用粒子群优化算法快速寻优特点获取最优时滞反馈控制参数得到优化控制参数;并对系统在时域下进行振动响应仿真分析。仿真结果表明,在简谐激励和路面随机激励下,分数阶导数和时滞减振主动控制技术联合应用到悬架系统中能取得良好的减振效果,可以较好地减小车身振动,提高车辆的平顺性,为车辆悬架主动控制技术提供理论依据。     

考虑摆动的层间隔震结构自振特性及随机响应分析

采用铅芯叠层橡胶支座的层间隔震结构,由于结构自重和活载产生的竖向荷载较大,当叠层橡胶层的总厚度较大时,隔震支座在产生水平变形的同时,也会产生竖向压缩变形,导致上部子结构产生摆动效应,同时对下部子结构的响应也产生影响,进而影响层间隔震结构的隔震效果.根据层间隔震结构的自振特性将其简化为两质点模型和多质点模型,分析层间隔震结构考虑摆动效应时的固有自振特性,以及采用虚拟激励法,运用均匀调制非平稳随机响应分析方法,分析隔震层摆动对层间隔震结构的振动响应影响.结果表明,考虑层间隔震结构的摆动效应,将对各子结构的响应产生不同的影响;考虑摆动效应的不同质量比的层间隔震结构,自振特性变化规律存在一界限刚度比K;随着隔震层刚度比的增大,考虑摆动效应的层间隔震结构各子结构的响应逐渐趋近于未考虑摇摆特性结构的响应.     

北京奥林匹克中心演播塔TMD风振控制

以北京奥林匹克中心演播塔为工程背景,研究了调频质量阻尼器(TMD)对高耸电视塔在强风作用下风振响应的振动控制.将该塔的三维空间模型简化为二维模型;基于随机振动理论,利用M.Shinozuka方法对该塔的脉动风荷载进行数值模拟,得到了脉动风荷载时程曲线;在此脉动风荷载作用下,SAP2000三维空间模型的计算结果和二维模型的计算结果相吻合,而且利用三维模型进行计算,大大节省了时间;以该塔顶层的风振响应为优化目标,对TMD的参数进行了优化研究.结果表明,该塔的风振响应超过了规范的容许值,设置TMD后该塔的风振响应有明显的减小;在TMD最优参数下,该塔的风振位移响应和加速度响应的减振率分别为43.1%和29.5%;TMD对该塔的风振响应有明显的控制作用.     

列车振动荷载对古建筑的动力影响

在建的北京地下直径线周边有3处需保护的古建筑文物(Ⅰ-明城墙、Ⅱ-老车站、Ⅲ-正阳门和箭楼),对其进行列车振动荷载下的动力影响研究十分必要.应用列车-轨道耦合动力学理论,计算得到作用在隧道结构上的列车动荷载,并作为激励作用于动力有限元模型上,通过数值模拟计算,预测评估直径线与既有线列车荷载对周边古建筑文物的振动响应.结果表明,列车振动引起古建筑结构的动力响应随水平距离和竖向距离改变呈规律变化,地下结构以竖直方向动力响应为主,建筑物超过一定高度后,地上结构以水平方向动力响应为主,且地上结构的动力响应高于地下结构;直径线与既有线的列车运营对古建筑产生的振动影响,未超过但接近控制标准,不需特殊减振,应采取适当减振以对古建筑文物的保护留有余量.     

移动简谐荷载下浮置板轨道-隧道-地基模型二维振动响应研究

为分析地铁隧道中浮置板轨道的减振特性，基于轨道-隧道-地基二维耦合模型，通过引入位移势函数和双重傅里叶变换，推导了移动简谐荷载作用下二维耦合模型的位移响应解答，研究了浮置板轨道参数敏感性.研究表明，二维耦合模型存在3个自振频率，地层的位移响应以低频为主，峰值频率在1Hz左右，不同荷载频率下地层竖向位移沿深度的变化规律不同.地层加速度响应以中低频为主，第二自振频率对应的地层加速度峰值最大，采用浮置板轨道并不能减少地层振动位移，但可以有效降低1.414倍第二自振频率以上地层振动的加速度响应.增加浮置板质量和降低钢弹簧刚度可以减少地层的加速度响应达到减振目的，改变钢轨扣件刚度和浮置板抗弯刚度对地层加速度响应的影响很小.研究可为地铁环境振动的快速评估提供参考.     

车辆移动荷载作用下的基坑边坡动力响应

车辆移动荷载会影响基坑边坡的沉降变形,严重者将导致基坑坍塌。通过数值模拟分析了车速在20km/h、15km/h和10km/h三种工况下的基坑竖向位移特征,并与柔性基础地基沉降位移计算方法和现场测试数据进行对比。结果表明：基坑的动力响应完全依赖于车辆的移动荷载变化,与共振无关。车速越慢,竖向位移变化越明显。位移变化最大的位置在基坑顶部,且随着深度的增加,位移响应逐渐减小,在地表12.5m以下,移动荷载对沉降位移已无明显影响。数值模拟中的瞬时最大位移与柔性基础地基沉降位移计算方法得到的结果相近,验证了数值模型的可靠性。与测点实测位移对比可知,基坑顶部出现了一定塑性变形,由于模拟时间的界限,计算的最大塑性位移为6mm,小于实测值,符合力学预期。上述研究成果可为设计前期移动荷载对基坑的扰动估算提供一定的参考。