景观塔两级变阻尼电涡流TMD减振分析与试验研究

对景观塔的结构选型与减震方案比选进行了阐述,研发了一体化两级变阻尼电涡流调谐质量阻尼器,模拟了脉动风和横风共振时风速时程,对有控和无控结构进行了脉动风与横风共振作用下风振响应分析,得到了调谐质量阻尼器(TMD)在10,50,100年脉动风与横风共振作用下的减振效果.进行了振动台试验,验证了结构选型的合理性.结果表明:景观塔结构能有效抵御脉动风,但10年脉动风与横风共振作用下,结构顶层不满足舒适度要求;两级变阻尼电涡流调谐质量阻尼器能有效控制脉动风和横风共振作用下的结构响应,减振效果随楼层的增高而增大.设置TMD后,10年脉动风和横风共振作用下,顶层位移分别减小34.3％,82.5％,顶点加速度分别减小42.9％,80.8％;50年脉动风作用下,楼层位移和顶层加速度最大分别减小43.04％,32.44％;100年脉动风作用下,楼层位移和顶层加速度最大分别减小32.23％,23.23％.航管塔、气象塔等要求高的高耸结构,适合用TMD的减振措施.高宽比大的高耸结构采用TMD减振满足舒适度要求时,结构选型应优先选择第一振型参与系数高的结构体系.     

带有液体粘滞阻尼器的超高层建筑抗风设计及风振响应分析

超高层建筑遮挡物较少,在风荷载作用下,结构顶部强烈的风振加速度会引起人的不适。通过在超高层结构合理布置液体粘滞阻尼器增加结构阻尼比,从而有效控制结构风振响应,达到减振目的。以珠海某超高层工程实例为背景,采用风洞试验计算脉动风荷载时程,在最不利风向角风荷载时程作用下,对比分析了阻尼器不同楼层布置位置、不同平面布置位置、不同阻尼弹簧刚度及不同阻尼参数下的减振效果,选出最合理阻尼器布置方式,结构顶层风振加速度得到有效控制,减振效果明显。     

某大跨度挑台舒适度分析及振动控制

某景观挑台采用大跨度柔性悬挑钢结构,挑出长度约27m,在人行荷载及山区复杂风场下易发生结构竖向振动.人行荷载作用下的舒适度分析结果表明,结构竖向振动加速度大于规范限值,不满足舒适度要求;采取TMD减振措施后,结构的加速度响应得到了有效控制.根据数值风洞模拟得到的体型系数及Python编程模拟的风荷载时程,采用时域分析法进行风振分析,结果表明,结构振动加速度满足舒适度要求,风荷载单独作用下无需额外采取结构减振措施.人群荷载及风荷载共同作用时结构的竖向振动加速度稳定值小于0.5m/s2,但加速度峰值大于两种荷载分别作用时的加速度峰值之和,因此人行荷载及风荷载对结构的影响不能简单叠加,必要时应进行两种荷载共同作用下的振动分析及减振控制.     

某标志塔MR-TMD减振系统风振控制分析

对某标志塔进行了动力特性分析,应用半主动质量驱动器(MR-TMD)系统,采用Matlab软件编制了半主动减振控制分析程序,分析比较了在模拟脉动风荷载作用下无控、被动TMD和MR-TMD控制下塔的响应,仿真结果表明,MR-TMD作为一种半主动质量驱动器能有效降低标志塔的风振反应。     

TMD在钢结构人行桥减振中的应用分析

钢结构人行桥在行人荷载作用下易产生过大振动而不满足舒适度要求,因此需要采取措施来控制振动。本文通过对各国人行荷载规范进行对比及选取,考虑人桥耦合作用,对某人行桥结构进行行人荷载下的结构动力特性分析,对比了添加TMD前后结构的加速度响应,表明TMD系统减振效果显著。同时根据TMD原理,对TMD的质量比、阻尼系数等参数作用进行分析,可为类似工程提供参考。     

应用固定质量阻尼器的风机塔架风致振动控制研究

设置振动控制装置对风电机组塔架进行振动控制,能有效降低风塔的动力响应。目前在风电机组塔架中应用最为广泛的调谐质量阻尼器(TMD,tuned mass damper)存在着质量单元安装空间受到限制,且会增加塔体负担等问题。本文提出了用于塔架减振的固定质量阻尼器(FMD,fixed mass damper),它通过改变塔架与上部结构的连接方式,在机舱与塔架中间设置弹簧和阻尼单元,利用机舱、叶片等上部结构作为质量单元去减小塔架的振动。本文以某2MW风力发电机组塔架为例,建立FMD-塔架结构模型,并对其进行风载流固耦合动力响应分析。结果表明,塔架装设FMD耗能减振装置后,额定风况下塔架位移减小32%,同时加速度减小26.6%。由分析可知FMD-塔架结构较无控风机结构风载下动力响应减小明显且避免了传统TMD耗能减振装置安装不易、附加质量负担等问题,故FMD耗能减振装置可在风电机组中得到有效应用。     

电涡流TMD在某连桥减振中的应用研究

钢结构连桥在人行荷载作用下可能会产生较大的振动。这不但会造成行人的舒适度问题,过大的振动还可能引起结构的破坏。TMD常被用于连桥的竖向振动控制中。电涡流TMD利用电涡流阻尼机制代替传统的油阻尼器,能够提高TMD振动控制的鲁棒性,延长TMD的使用寿命。本文采用电涡流TMD对某钢结构连桥进行人致振动响应分析,对比其在相同人行荷载作用下,加设电涡流TMD前后的振动响应,并介绍了电涡流阻尼的设计步骤。结果表明,加设电涡流TMD后,连桥的加速度响应明显减小,能够满足规范的舒适度要求。该连桥结构电涡流TMD减振系统的分析与设计可为类似工程的减振设计提供参考。     

某大跨度登机桥人致振动减振研究

针对某钢结构登机桥的人致振动减振控制,采用结构减振控制理论,选取调频质量阻尼器(TMD)对结构进行人群荷载作用下的振动控制与舒适度设计。采用有限元分析软件MIDAS/Gen建立结构三维分析模型,对多种人群荷载工况输入下减振前后楼盖结构的动力响应进行时程分析;对大跨度楼盖动力特性与安装TMD前后的人群荷载下最大加速度响应进行现场振动测试,对减振前后结构的实测加速度响应进行对比分析。结果表明,采用TMD减振方案并根据实测结构动力特性调整其刚度可以使结构满足人群荷载作用下的舒适度要求,TMD起到了良好的减振效果。     

某大跨度结构楼盖振动舒适度分析与控制

为分析与控制某大跨度结构楼盖振动舒适度,以某项目为案例,采用Midas/gen软件进行了有控结构(TMD)和无控结构的舒适度分析,并针对有控结构进行敏感参数分析。分析结果表明:该结构楼盖竖向刚度较小,人行激励下,楼板加速度响应较大,采用TMD减振技术后,楼板加速度响应得到有效降低,减振率最高达70.5%,平均减振率约为54.12%;结构频率的一半或者三分之一可能引起结构的多阶共振,分析设计时应进行重点关注;TMD的分散或集中布置对减振率的影响较小,为方便起吊和安装建议,适当分散布置。TMD频率与楼面竖向振动频率误差越大,相对减振率越小,为确保TMD充分发挥作用,建议TMD生产前应进行结构频率测试,结合测试结果进行TMD的设计和生产。     

迪拜梅丹赛马场抗风TMD系统设计、加工和测试

迪拜梅丹赛马场是为2010年世界赛马会准备的国际性大型体育设施。该结构屋顶钢结构重量达1万多t,悬挑长度接近100m,是世界大型的悬挑结构之一。屋顶内部设有大型豪华旋转餐厅和贵宾看台,为了保证结构在大风工况下的舒适度,选用了18套水平、18套垂直TMD减振系统,分别控制结构的水平和竖向振动。完整介绍了该TMD系统风振控制的设计和实现过程,采用SAP2000软件建模,模拟人工风压时程进行结构振动分析。对TMD系统进行参数计算、优化、分析、设计、出图、加工、安装、测试和调节。结果表明,以100年为风荷载重现期,TMD系统使屋架结构水平、竖直振动均有明显的减小,TMD的频率、阻尼系数和质量块加工均达到了设计需求。     

某工业厂房振动实测与减振设计研究

针对某工业厂房设备减振进行研究,通过对厂房进行振动实测得出结构的主要振动为风机引起的竖向振动。设计了双向减振的无阻尼TMD和黏滞阻尼装置模拟基础减振试验,比较其在简谐荷载和冲击荷载作用下的减振效果。试验结果显示设计的两个减振装置都有一定的减振效果。黏滞阻尼装置减振效果显著,水平向的减振效果比竖向更为明显。     

线性-非线性联合质量阻尼器减震性能分析

调谐质量阻尼器(TMD)和非线性能量阱(NES)是减少结构振动的有效控制方法。其中TMD为线性方法,减振性能的好坏取决于与主体结构频率是否相调谐,NES为非线性方法,其频率鲁棒性较强,但减振性能受荷载等级的影响较大。综合TMD和NES的特点,提出了将线性与非线性方法相结合的单质量联合阻尼器(SMD),使其同时具有较高的频率鲁棒性和能量鲁棒性。建立了SMD运动方程并通过一两自由度主体结构对脉冲荷载下二阶、三阶和四阶SMD的减振性能进行了参数优化。优化后的三类SMD均能达到与TMD和NES相似的减振效果,且频率鲁棒性优于TMD,能量鲁棒性优于NES,兼备线性和非线性控制的优点。同时,使用脉冲荷载优化得到的SMD在所考察地震作用下减震性能良好。     

高风地区超高钢结构黏滞阻尼多性能减振设计

对超高层结构的抗风性能要求很难单独通过调整结构构件尺寸来满足,所以耗能减振技术应运而生。耗能减振技术为建筑抗风设计开辟了新的途径,并以传统抗风设计无可比拟的优点,受到了各国学者和工程人员的青睐和重视,得到了越来越多的研究。黏滞阻尼器作为一种速度相关的耗能减振设备,具有出力平稳、在微小位移下仍能发挥作用的优点,因此黏滞阻尼器在风荷载下能够正常发挥作用。反向肘节放大系统是一种阻尼器位移放大的机械系统,它可以将阻尼器的作用放大到2～4倍,在减振效果相同时可以将阻尼器数减少几乎一半。在此基础上,以某超高层项目作为工程案例介绍了该项目黏滞阻尼系统的具体设计,并对有控结构和无控结构在风荷载下的性能进行了对比,结果表明,黏滞阻尼系统显著提高了结构的抗风性能。     

MTMD减振技术在大跨度悬挑连廊设计中的应用

针对最大悬挑长度为35.2m大跨度悬挑连廊在人致激励下的舒适度问题，采用有限元分析软件SAP2000建立结构三维分析模型，计算多种人致激励工况下结构减振前后的加速度响应，对比了调谐质量阻尼器(TMD)和多重调谐质量阻尼器(MTMD)减振方案的减振效果。分析结果表明：连廊在人致激励作用下产生的最大加速度超过舒适度限值，利用TMD可有效减小结构振动，改善舒适度性能。但单频TMD控制频带较窄，只对特定振动频率的减振效果明显。为改善其鲁棒性，拓宽有效频带宽度，最终采用具有分布频率的MTMD减振方案，在保证经济性最优的前提下，对多种频率激励荷载均得到了显著的减振效果，使连廊满足舒适度要求。     

基于粘滞阻尼器的某超高层结构风振控制研究

以某全钢的钢结构超高层建筑为背景,研究了结构在风荷载作用下,采用粘滞阻尼器进行结构风振控制后结构舒适度的减振效果。首先利用MIDAS软件建立了该结构的有限元模型,并基于风洞试验验证了结构模型的正确性和有效性,采用粘滞阻尼器对结构进行了减振控制分析。计算结果表明,结构在最不利风向角风荷载时程作用下舒适度控制层的峰值加速度、均方根加速度得到有效控制,减振效果明显。     

分布式TMD对斜拉桥抖振减振的参数优化及分析

为有效实现对斜拉桥多阶模态参与的抖振响应减振,研究基于H2性能的梯度优化法,实现在空间多点布置且对多阶模态频率调谐的分布式TMD(tuned mass damper)参数的同步和整体优化。建立能表达为闭环静力反馈控制的风荷载作用下斜拉桥与分布式TMD的系统模型;以H2范数为性能目标函数推导其对TMD参数的梯度矩阵,采用修正的BFGS算法求解分布式TMD参数的非凸优化问题。以南京长江三桥某施工阶段的结构非密频和密频两种状态,实现分布式TMD对斜拉桥抖振响应减振的参数优化和动力仿真,并与经典的单TMD设计方法对比,结果显示对分布式TMD参数优化方法的有效性,特别是在结构密频状态时体现了更高的减振效率。     

3栋典型超高层建筑气动荷载特性及风振控制措施

广州西塔(GWT)、深圳京基100(KK100)和天津高银117大楼(TJ117)是位于不同地域和外形特征不同的超高层建筑,其建筑高度分别为432.00、441.80 m和596.25 m,风荷载和居住者的舒适性是影响这3栋建筑结构设计的重要因素。采用模型的风洞试验方法分析对比这3栋超高层建筑的气动荷载特性,采用局部空气动力学措施(LAS)对其风振响应和风致荷载进行控制,并和采用调质阻尼器(TMD)方法的控制效果进行比较。结果表明：TJ117具有最佳的气动外形,GWT相比最差是由于其在敏感风向斯托罗哈数最高导致在100 a重现期风速处于涡激共振状态,从而使得采用LAS在GWT上的减振效果最好,且在控制风致荷载上LAS的控制效果甚至要略好于TMD方法,LAS对于GWT的10 a重现期加速度的控制在无干扰情况下可以接近TMD的控制效果,即使受到东塔干扰作用,其控制效果仍可达到TMD控制效果的40.5%,相比TMD实施所需的高成本,LAS是一种较为经济易行的方法。     

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。     

巨型框架多功能减振结构体系风振响应分析

巨型框架多功能减振结构体系具有调频质量减振、基础隔震和阻尼耗能减振等多种减振功能。通过频域分析 ,阐明了巨型框架多功能减振结构体系在风荷载作用下的减振原理 ,得到了主框架侧移减振系数随调谐比和次框架阻尼比的变化规律。采用简谐波合成法模拟了脉动风荷载 ,通过时域有限元分析 ,验证了频域分析的结论。研究结果表明 ,与普通的巨型框架结构体系相比 ,巨型框架多功能减振结构体系在风荷载作用下的响应显著降低 ,具有良好的减振效果。     

某市体育中心大、小罩棚安装调谐质量阻尼器后 竖向减振效果研究

在实际环境中,风荷载对大、小罩棚舒适度的影响较大。为解决大、小罩棚舒适度的问题,在梁端设置调谐质量阻尼器(TMD)来减小风荷载的影响。为研究TMD对体育场大、小罩棚的减震效果,本文通过实际风荷载作用下对安装TMD前后的大、小罩棚进行竖向振动测试,评价大、小罩棚的减振效果。试验结果表明:TMD可有效降低大、小罩棚竖向振动,减小主体结构抖动情况。