斜拉桥风振减振基于H_2范数的ATMD和传感器配置优化

斜拉桥在风荷载作用下易出现多模态参与的大幅振动,宜采用主动式ATMD(active tuned mass damper)减振。针对斜拉桥风振减振设计中的ATMD及传感器的位置和数量配置问题,在建立风荷载作用下斜拉桥与ATMD组合系统模型的基础上,用模态坐标表示H2范数,提出包括外激励影响的分别针对作动器和传感器配置优化的H2范数指标,推导ATMD对结构的共振激振模型,考虑ATMD和加速度传感器的动力性能并对配置指标进行修正,建立能够以开环方式有效实现ATMD和加速度传感器配置的优化方法。以南京长江第三大桥的风振减振为例,定量分析ATMD和加速度传感器的优化位置和数量。结果表明,采用考虑外激励权重的H2范数指标,并结合考虑ATMD动力性能,能够有效实现针对结构多模态参与的风振减振的ATMD和加速度传感器的配置优化。     

分布式TMD对双密频结构的减振研究

针对密集频率结构的减振问题,以典型的2自由度对称结构为例,研究基于H2性能的梯度优化法对密集模态振动减振的分布式TMD(tuned mass dampers)的参数优化和减振效果。建立适合闭环静力反馈控制的组合系统模型,将基于H2性能的梯度优化法扩展至分布式TMD的参数优化;定义针对密集模态振动的控制输出和无量纲评价指标,分析了控制输出的模态控制权重对优化参数和评价指标的影响,指出能使评价指标峰值相等的模态控制最优权重,进一步给出优化参数和评价指标随模态密集度的变化规律;与经典方法对TMD的设计相对比,分析和验证了基于H2性能优化的分布式TMD的良好减振效果,并确认在TMD个数增多时基于H2性能的梯度优化法将具有更佳的优化效果。     

TVMD的减振机理及其提升连续梁减震性能的研究

TVMD(Tuned Viscous Mass Damper)是一种能将实际质量放大上千倍,且能利用惯性力和调谐效应的新型减振装置。为有效提升连续梁桥的减震效果,研究采用空间分布的TVMD实现连续梁减震的优化设计和高效性能。先以TVMD对单自由度结构减震为例,探究TVMD在调谐频率处的高阻尼效应,及其附加刚度对结构动力特征的影响机制,揭示针对多个TVMD开展同步设计的必要性;进而建立连续梁桥多自由度精细模型,采用基于H2性能的梯度优化法实现多个TVMD的参数优化;分别基于连续梁桥纵、横向减震时的典型状态,实现空间分布且可能对多阶模态调谐的TVMD的优化设计,就连续梁桥的稳态谐振响应以及不同谱特性的地震波输入时的地震响应开展减震分析,阐明了TVMD相对于VD(Viscous Damper)减震时的高效性能。     

ATMD对斜拉桥抖振减振的控制设计模型研究

对斜拉桥的大幅风致抖振宜采用ATMD(active tuned mass dampers)减振,且为实现控制器设计需建立针对复杂模型降阶后的控制设计模型。在建立风荷载作用下斜拉桥与ATMD组合系统模型的基础上,将Hankel范数与模态分析相结合,提出目标含义明确且考虑外激励影响的ATMD/传感器配置指标,以及能够同时表征结构振动的可控可观性能和外激励影响程度的模态选择指标;采用模态叠加法,实现在控制设计模型的模态组成中模态阶次的准确定位和构成,并使模型具有良好的可控可观性能。以南京长江三桥的抖振减振为例,给出了ATMD/加速度传感器的配置优化和模态选择的实施过程,建立了ATMD对斜拉桥抖振减振的控制设计模型。数值计算结果表明,所建的控制设计模型的动力性能与原系统模型有较好的一致性。     

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。     

基于研究型教学的土木工程专业大学生创新实验活动探讨

开展土木工程专业创新实验活动是保证研究型教学效果的强有力手段。从四个方面深入探讨了大学生创新试验活动顺利实施的关键因素。以学生创新实验项目为案例,详细介绍了实验开展过程中学生的自主研究活动,指出实验活动对提高学生动手能力、理论知识、综合素质和创新能力有显著效果。     

TMD和ATMD组合系统对施工状态斜拉桥的风振减振研究

该文研究分布式TMD（tuned mass dampers）和ATMD（active tuned mass dampers）对斜拉桥抖振响应竖向减振的优化设计和减振效果,采用H∞控制理论设计分布式TMD和ATMD,并通过对竖向减振效果的评价实现控制方案优化。以处于施工状态的南京长江三桥为例,考虑自激力对气动刚度和阻尼的...     

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。