考虑人-结构耦合作用的大悬挑拉索结构舒适度分析

采用计算机建模和分析、预测大跨度和大悬挑结构受到人群活动激励而产生的竖向响应是非常重要的课题。人群荷载激励下结构振动响应过程中,人体不仅是荷载激励也是振动参与者,结构振动具有明显的人-结构耦合特性。考虑人-结构耦合作用,区分不同行人密度、步行频率,并采用随机性人群荷载模型,计算某18m大悬挑拉索结构在人群步行荷载激励下的振动响应。结果表明,在端部悬挑区域内加速度响应均小于标准限值70.00mm/s~2,满足舒适度要求;以质量-弹簧-阻尼模型模拟考虑人-结构耦合作用后,人体阻尼用抑制了结构的竖向振动,结构的振动频率没有改变;人群荷载激励频率对结构振动的影响远大于行人密度、数量。     

大跨钢箱梁人行桥振动响应分析与MTMD减振控制

人行桥的自振频率与行人步频接近时,容易发生人桥共振,本文以一频率处于行人步频范围内的大跨钢箱梁人行桥为例,考虑了随机行走、结伴行走和跳跃等11种荷载工况,研究了各工况人行荷载激励下人行桥的竖向振动响应,并针对不满足舒适度要求的工况,采用多调谐质量阻尼器(multiple tuned mass damper简称MTMD)对人行桥进行减振控制。结果表明,人行桥在无控状况下产生了较大的振动响应,其竖向加速度超过舒适度限值要求,而当在人行桥加装MTMD系统后,其振动响应大幅降低,减振效果达到70%以上,实现了人行桥在人行荷载激励下的舒适度控制要求。     

某拱索支撑人行桥人致振动响应分析及控制

随着人行天桥逐渐向大跨度、轻柔化和桥型新颖别致的方向发展,由此引发的人致振动的问题日益突出。以某拱索支撑人行桥为研究对象,建立空间有限元模型研究其动力特性;选取IABSE推荐的人行荷载模型,考虑非活动人群的质量,采用时程分析法对该桥进行人致振动作用下舒适度的分析;根据Den Hartog提出的不考虑主结构阻尼的最佳阻尼器参数表达式得到阻尼器的设计参数,并在人行桥合适的部位设置调谐质量阻尼器(TMD)进行振动控制。结果表明:该人行桥具有明显的竖向振型,且该振型的频率与人行步频十分接近;采用TMD进行振动控制后,共振激励作用下的竖向加速度减小80%~90%,并且满足规范中对人行桥舒适度的要求;在考虑非活动人群质量的影响后,TMD的减振效果更好。     

某展厅悬挑结构舒适度计算

该工程中的大跨度悬挑结构,在人行激励荷载下,端部最大竖向振动加速度不符合预定的目标。采用质量调谐阻尼器(TMD)进行振动控制,计算结果表明,结构在步行荷载激励下的竖向加速度峰值有明显的降低,满足规范限值要求。     

某带有悬臂梁多层钢连廊竖向TMD振动控制

当轻量化钢结构楼板跨度较大时,因其竖向自振频率往往易接近人行走或者跑动的频率,可能存在与行人发生共振的危险。共振可能会对行人舒适度、结构的疲劳寿命造成影响。通过某带有悬臂梁的多层钢连廊工程实例,采用有限元软件SAP2000进行振动控制计算,详细分析了在人行荷载激励下,当TMD(调谐质量阻尼器)在不同楼层分布的情况下,结构的加速度响应情况,并提出了设计建议。     

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。     

苏州文博中心飘带结构TMD减振舒适度分析

苏州文博中心建筑造型新颖,连接两栋建筑的高低位飘带总长235m,结构体型复杂,空间跨度最大处为80m,在风荷载和人行荷载激励下,容易产生较大的振动引发舒适度问题。采用SAP2000软件对飘带结构建立三维有限元模型并进行舒适度分析;分别采用时域分析法和频域分析法计算飘带结构在不同行人密度、不同行人频率的人行荷载和全风向的风荷载作用下的振动响应,并对比分析有、无TMD减振器对加速度峰值的影响。计算分析结果表明,按提出的方法设置TMD减振器后,结构加速度显著减小,大部分工况下关键节点的减振率在20%以上,其加速度峰值满足人体舒适度要求。     

基于TMD减振技术的景观桥人致振动控制研究

人行桥的舒适度现已成为景观类桥梁设计的一个重要指标。本文以国内某景区内的人行景观桥工程为例,采用Midas civil有限元分析软件建立三维有限元模型,分析了该桥的结构动力特性及人致振动响应。人致振动加速度时程响应结果表明该桥的舒适度未能满足设计和规范的要求。因此,提出了采用电涡流调谐质量阻尼器(TMD)的减振设计方案,并通过实际工程中评估了减振效果,证实方案的可行性     

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。     

人行荷载激励下大跨楼盖振动舒适度控制研究

针对某大跨度连体楼盖结构的舒适度问题,通过建立有限元整体模型,研究大跨楼盖的振动特性.模态分析表明该楼盖的一阶竖向振动频率与人行频率非常接近,因此在大量人群荷载激励下极易引起舒适度问题.采用结构减振控制理论,选用多重调谐质量阻尼器(MTMD)对结构在不同人群密度、不同人行频率的人行荷载作用下的振动进行控制.按本文方法在合适部位布置TMD后,所有工况下加速度峰值均能满足舒适度要求.对大跨楼盖结构人致振动控制的研究具有参考意义.     

调谐质量阻尼器和调谐型颗粒阻尼器减震性能对比研究

基于5层钢框架模型，通过试验对比了在地震激励下调谐质量阻尼器和调谐型颗粒阻尼器的减震性能，并探究了频率失调等因素的影响。通过数值模拟实现了两种阻尼器的优化设计，以考察充分发挥其性能的工况下，两种阻尼器的减震效果以及阻尼器相对位移行程的对比。研究表明：在频率调谐时，调谐质量阻尼器和调谐型颗粒阻尼器均能显著降低主体结构位移和加速度响应，调谐型颗粒阻尼器的减震效果更好，具有一定的减震优势，并且调谐型颗粒阻尼器的相对位移行程更小、减震频带更宽；当两者均为最优设计时，减震效果相当，但是最优化调谐型颗粒阻尼器系统的阻尼器与主体结构之间的相对位移更小，可降低相对位移幅值24.5%，并且具有更好的鲁棒性。     

半主动电涡流单摆式调谐质量阻尼器减震性能研究

为了提高传统的调谐质量阻尼器（TMD）对建筑结构的减震效果,提出了一种可实时调整频率和阻尼的半主动电涡流单摆式调谐质量阻尼器(SAEC-PTMD)。由Hilbert-Huang变换(HHT)识别结构的瞬时频率,通过基于HHT的控制算法实时调节SAEC-PTMD的摆长进行频率的调节。研究并拟合了电涡流有效阻尼系数与磁导间距之间的关系,通过基于线性二次型高斯(LQG)的控制算法实时调节磁导间距,以实时调节阻尼系数。为了验证SAEC-PTMD对建筑结构的减震效果,对一单自由度结构模型在地震激励下的震动响应进行数值模拟。数值模拟中,采用一经优化设计的被动TMD (PTMD)作为对比,并考虑由主结构的累积损伤引起自身频率下降而造成PTMD的失调效应。以主结构的加速度和位移时程峰值、整体均方根值及其加速度和位移反应谱作为评价指标,评估了SAEC-PTMD在结构发生损伤前后对PTMD的改良效果。数值模拟结果表明,在结构发生损伤前后,SAEC-PTMD均比经优化设计的PTMD具有更好的减震效果。     

采用颗粒调谐质量阻尼器的钢框架结构振动台试验研究

通过附加和不附加颗粒调谐质量阻尼器的5层钢框架振动台试验,研究其在实际地震波以及上海人工波激励下的减震效果。通过调整不同悬挂长度（频率比）、质量比、颗粒到阻尼器壁净距等参数,分析阻尼器参数对其减震效果的影响。试验结果表明：不同地震作用下该类阻尼器均能达到较好的减震效果,其中上海人工波的减震效果最好;对于多层钢框架结构,阻尼器能够有效控制第1振型的振动,但是对于高阶振型的控制作用无法保证;当阻尼器频率与主体结构基频相同时,能够达到最优减震效果,而当二者频率不同时,依然有一定的减震效果,说明其具有一定的鲁棒性;在合适的质量比（0.66%）下,阻尼器能够达到最佳减震效果;当颗粒到容器内壁净距为1.6D~3.6D时,可使阻尼器响应最小,且减震效果较好。     

PTRMD在多自由度结构中的减振性能及鲁棒性

将一种带碰撞的滚动型调谐质量阻尼器（PTRMD）应用于多自由度结构中,对其在多自由度结构体系中的减振性能及阻尼器频率失谐时的鲁棒性进行研究。通过拉格朗日方程推导得到分段运动方程,然后推广到多自由度结构中,建立了设有该装置的多自由度受控系统的动力方程,并利用数值方法求解。把PTRMD安装到6层结构中,对其在自由振动和强迫振动时的控制效果进行探讨,并与无碰撞的滚动型调谐质量阻尼器（TRMD）进行了比较,同时对它们在阻尼器频率偏离最优频率时的鲁棒性进行了分析。结果表明:在多自由度结构中安装PTRMD能有效减小结构的动力反应,得到满意的减振效果;相比TRMD,PTRMD具有减振性能好、控制频带宽、适用性强、受阻尼器频率变化的影响不大等优点,具有更广大的应用前景。     

Experimental and numerical study on vibration control effects of a compound mass damper

A compound mass damper (CMD) was put forwarded based on the joint vibration control effects of tuned liquid damper and colliding particles. A series of shaking table tests were designed in order to investigate the dynamic response of a single degree of freedom bent frame structure with or without the damper (CMD, tuned mass damper, and tuned liquid damper) under three different kinds of earthquake waves. It is shown that the vibration reduction performance of CMD is generally better than the traditional dampers no matter from peak response attenuation rate or root mean square response attenuation rate. The vibration reduction effect of traditional dampers is susceptible to the characteristics of earthquake waves, whereas CMD is effective in a broader frequency bands. Also, the vibration reduction effect of CMD is not sensitive to the amplitude of earthquake waves, which means the system has good robustness. In addition, CMD has the advantage of fast start‐up. The numerical simulation results of the CMD are obtained through certain simplifications, and are in good agreement with the experimental results, which further verifies the damping effect of the proposed damper and provides a simplified method for its engineering design.     

Experimental parametric study on wind‐induced vibration control of particle tuned mass damper on a benchmark high‐rise building

A particle tuned mass damper system is an integration of tuned mass damper and particle damper. The damping performance of such device is investigated by an aero‐elastic wind tunnel test on a benchmark high‐rise building. The robustness of the system is studied by comparing the damping performance to that of a traditional tuned mass damper, and the results show that the damper has excellent and steady wind‐induced vibration control effects. Meanwhile, the parameters (filling ratio, mass ratio, and mass ratio of the container to particles), which have great influence on the vibration reduction performance of the system, are also analyzed, and it is found that the particles filling ratio plays the most important role in deciding the damping effects of the dampers. There exists an optimum filling ratio and mass ratios in which the damper can reach the best damping state. Proper parameter selections can greatly improve the damping performance.     

新型调谐黏滞质量阻尼器对斜拉桥的减震控制分析

以一种新型的调谐黏滞质量阻尼器（Tuned viscous mass damper, TVMD）作为控制装置,实现了对斜拉桥的控制模型建立及减震控制分析,探讨了TVMD装置减震的适用性和有效性。基于TVMD装置的工作原理和力学模型,建立了多自由度空间结构多TVMD控制装置在地震激励下的状态空间控制模型和传递函数模型|基于H2控制理论,以结构控制目标响应传递函数的H2范数作为优化目标,提出了利用分步参数扫描进行多TVMD控制装置参数优化设计的方法|以南京长江三桥作为控制对象,针对其在纵桥向地震激励下的振动,分别以TVMD、调谐质量阻尼器（TMD）和黏滞阻尼器（VD）作为控制装置,进行了控制方案的设计与效果的对比分析,对比分析结果表明,TVMD减震控制装置具有更为显著的减震效果及更优的耗能效应。     

随机人群运动荷载作用下大跨度连廊的振动响应

基于社会力模型,研究了随机人群运动荷载作用下大跨连廊结构的振动舒适度问题。通过结合交通学领域、生物力学领域对人群运动特性及人体运动参数的统计分析,对随机人群运动进行仿真,得到不同密度工况下,任意行人在任意时刻的步速、落点位置等参数,建立随机人群荷载模型,计算不同工况密度下结构的加速度峰值。研究表明,加速度峰值与行人步速关系很大,随着行人密度增大,行人速度减小,结构加速度响应则先增大后减小。根据得到的结构加速度峰值与行人密度关系曲线,可以找出出现结构振动舒适度问题的行人密度区间。     

Shaking table model test and FE analysis of a reinforced concrete mega‐frame structure with tuned mass dampers

To study the damage characteristics and to evaluate the overall seismic performance of reinforced concrete mega‐frame structures, a shaking table test of a 1/25 scaled model with a rooftop tuned mass damper (TMD) is performed. The maximum deformation and acceleration responses are measured. The dynamic behavior and the damping effect with and without TMD are compared. The results indicate that the mega‐frame structure has excellent seismic performance and the TMD device has a significant vibration reduction effect. A finite element (FE) model simulating the scaled model is also developed, and the numerical and experimental results are compared to provide a better understanding of the overall structural behavior in particular those related to the dynamic characteristics and damping effect. Upon verification of the FE model, other important structural behavior can also be predicted by the FE analysis. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.