单面碰撞TMD及其桥梁涡激振动控制研究

单面碰撞调谐质量阻尼器(SS-PTMD)是一种新型减振装置,通过惯性力和黏弹性碰撞进行结构减振,针对SS-PTMD动力性能、碰撞力模型与验证、SS-PTMD桥梁节段模型涡振控制等开展了理论与试验研究。根据质量块单边运动受限和碰撞的特点,获得了SS-PTMD的动力特性;开展了钢-黏弹性材料碰撞试验,提出了碰撞力模型,根据试验数据识别了碰撞力模型参数,并验证了碰撞力模型;通过1∶40桥梁节段模型涡激振动风洞试验,发现+7°风攻角下出现了明显的涡激振动,根据简谐力涡激力模型识别了模型气动参数;采用仿真分析评估了SS-PTMD控制桥梁涡激振动的效果,在质量比2%及最大涡振振幅风速条件下的减振效率达到87%;通过风洞试验研究了SS-PTMD涡激振动控制效果,在质量比2%及最大涡振振幅风速条件下的减振效率达到92%;理论分析和试验结果表明,SS-PTMD对桥梁涡激振动具有很好的减振效果。     

MTMD在钢箱梁悬索桥高阶涡激振动控制中的应用

摘要：大跨度悬索桥模态密集,常遇风速下存在多个模态发生涡激共振的可能。鉴于多重调谐质量阻尼器(MTMD)在减振效率和鲁棒性方面的优点,探讨了MTMD理论在大跨度钢箱梁悬索桥高阶竖向涡激振动控制中的应用。首先从Scanlan线性涡激力模型出发,在不考虑气动刚度项和气动阻尼项的条件下得到安装MTMD后的加劲梁位移频响函数。然后以加劲梁位移频响函数峰值极小值为目标函数,运用基于Matlab的遗传算法完成MTMD方案的初步参数优化设计。最后,从结构固有频率波动和结构固有阻尼比变化两方面讨论了MTMD的控制效率和鲁棒性。计算结果表明,在MTMD的初步参数优化设计中忽略气动刚度项和气动阻尼项是可行的,适当扩大MTMD的频率范围和阻尼比可以使其在减振效率和鲁棒性上达到更好的平衡,比传统调谐质量阻尼器（STMD）更适合悬索桥涡激振动控制。     

大跨度桥梁涡激振动研究进展与展望

首先较为全面地阐述了采用理论分析、风洞试验、现场实测和数值模拟四种方法研究大跨度桥梁涡激振动的主要成果;然后分析了影响涡激振动的主要因素,细致总结了主梁、桥塔、缆索和拱肋等主要构件涡激振动特点;介绍了各种抑振措施,以提高涡激振动起振风速和限制涡激振动振幅;最后对大跨度桥梁涡激振动研究的现状进行了总结,并对今后的研究重点和发展方向进行了展望。     

涡激振动被动控制装置的CFD模拟

目前对于隔水管涡激振动的研究,国内外都是像限于实验方雨,而在数值模拟方面研究的甚少,本文利用CFD软件对螺旋列板和整流罩这二类结构装置进行计算,分析其升阻力的变化情况得到优化的涡激振动抑制装霉。为以后实际工程的运用提供了参考。     

基于可靠度理论的桥梁涡激振动概率性评价

涡激共振是大跨度桥梁在低风速下容易发生的一种风致振动,涉及的不确定因素众多,利用可靠度理论对这类风致振动进行安全估算是大跨度桥梁风振研究的趋势。探讨了桥梁涡振的三种失效模式,包括基于涡振风速的失效模式、基于涡振振幅的失效模式和基于前两种失效模式交集的涡振刚度失效模式,基于此,以某座大跨度桥梁为例,应用二次四阶矩法计算了基于涡振振幅的失效概率,并与二次二阶矩法的计算结果进行了比较,用Monte Carlo模拟法(MC)进行了验证,发现基于二次四阶矩法的可靠度分析相对于二次二阶矩法具有较高的精度。然后,基于二次四阶矩法的计算结果得到了桥梁涡振刚度失效的概率,研究表明：单独考虑桥梁涡振发生风速或涡振振幅的失效概率偏于保守,应结合起来考虑。     

涡激振动问题的有限元计算研究

研究涡激振动的有限元计算。应用条带假设和在锁定响应时涡激作用力的Scanlan第二经验模型可以实现涡激作用力在时间和空间上的离散化;由于涡脱落激励中复杂的结构与尾流相互作用,使振动方程具有非线性的时间与频率混合项,为此本文推导了时频域混合变换的AFT方法计算涡激振动的时程响应。与传统的连续模型和随机振动理论计算涡激响应方法相比,具有更高的适应性。     

栏杆对典型桥梁断面涡激振动的影响研究

为了研究栏杆对典型桥梁断面涡激振动的影响,通过风洞试验分别研究了有无栏杆桥梁断面的涡激振动响应。裸梁断面风洞试验没有发生涡激振动,上下表面的脉动压力对涡激振动的贡献很小。栏杆断面风洞试验则发生了明显的竖向涡激振动现象,上下表面中下游脉动压力对涡激振动贡献较大。栏杆使得上表面的来流分离更彻底,改变了上表面的压力系数均值,但不能改变下表面的压力系数均值,栏杆不仅能够改变上表面的压力脉动情况,同时也显著增大下表面的压力脉动幅值。     

扁平流线型箱梁涡激振动雷诺数效应研究

风洞试验作为研究涡激振动的重要手段,由于其本身条件的限制,可能存在雷诺数效应问题,造成试验值和实际值的偏差.为了研究扁平流线型箱梁涡激振动的雷诺数效应,选取某大跨度斜拉桥的扁平流线型箱梁作为研究对象,利用风洞测振试验,通过调节模型系统自振频率,实现不同雷诺数下的涡激振动,研究扁平流线型箱梁的涡激振动特性及其雷诺数效应;...     

TMD 振动控制在登机廊桥上的应用研究

该文对上海浦东机场二期工程某登机廊桥的竖向振动舒适性及应用质量调谐阻尼器(TMD)进行振动控制进行了理论分析和试验研究。通过建立登机廊桥有限元模型,分析了登机廊桥的振动特性和步行激励下的振动响应,在数值模拟的基础上,选择合理的TMD 参数,并对安装TMD 前后的登机廊桥振动进行了现场测试和分析。结果表明按该文方法设置TMD 后,登机廊桥的竖向振动得到了有效的控制。     

海洋平台涡激振动响应研究

本文根据海洋钻井平台的工作环境,研究了其对涡激振动的响应。计算结果表明其重要性,对海洋钻井平台设计具有一定的指导意义。     

采用改进尾流振子模型的柔性海洋立管的涡激振动响应分析

建立了柔性杆件在非均匀流作用下的涡激振动响应预测模型,考虑了涡激振动锁频阶段流体附加质量的变化,以及振动响应和来流简缩速度的非线性关系。该模型通过经验公式结合迭代求解的方式,计算方便、速度快,避免了数值计算(CFD)的繁琐,较为适合于海洋工程实际应用。与试验和数值结果的比较表明采用该文提出的计算模型,可以更合理、准确地给出结构涡激振动响应。最后,结合实际平台参数,进行了柔性立管在非均匀流场的作用下的涡激振动响应分析,并研究了立管的预张力、流场分布等参数的影响。分析结果表明:随着立管张力和流场分布的改变,各阶模态锁频区域发生了变化,从而改变了结构的总体响应     

多重双频率调谐质量阻尼器制振性能及对桥梁抖振的控制

DTMD是一种新型的具有双频率的调谐质量阻尼器,与普通TMD相比,可以同时实现对主梁竖向和扭转振动的控制,具有较高的控制效率,但DTMD与TMD相似,控制效率对参数失调较敏感。基于Scanlan多模态耦合抖振理论,提出桥梁多模态耦合抖振多重DTMD控制理论,列式中考虑了多模态参与作用和模态间气动耦合效应,并编制了多重DTMD抖振控制和参数分析程序。最后以一座斜拉桥为算例,研究了多重DTMD的制振性能,讨论了多重DTMD频率带宽、DTMD个数和阻尼比等参数对控制效率的影响,并对多重DTMD的设计提出建议。     

施工中大桥桥塔的TMD减振研究

施工中大桥桥塔的风致振动对施工具有很大的危害,采用调谐质量阻尼器(TMD)对其进行减振。首先,通过一个二自由度的振动模型来阐述TMD装置的工作原理,并导出了TMD参数和外激励频率与减振效果的之间的关系。然后,在讨论大桥桥塔结构按一阶模态向一个单自由度系统的等效简化问题中,提出了一种基于固有频率的等效质量简便算法。最后,结合崖门大桥的桥塔施工进行实例TMD减振分析, 实测结果表明TMD的减振效果非常好但其设计过程也很复杂。     

基于尾流振子模型的桥梁节段至实桥涡激共振振幅转换关系

该文基于一种用于涡振模拟的两自由度经验模型（尾流振子模型）推导了桥梁节段至实桥涡振振幅转换关系。首先介绍了尾流振子模型的形式及其特点,其次从展向全相关及展向不完全相关两方面推导了节段至实桥涡振振幅转换关系,最后结合实际桥梁对上述过程进行了算例验证,并与现场实测结果进行了比较。研究表明：当不考虑涡激力展向相关性影响时,节段至实桥涡振振幅只与结构振型函数有关,尾流振子模型得到的转换关系与传统经验非线性模型得到的转换关系相同;当考虑涡激力展向相关性时,计算得到的实桥涡振振幅可能小于节段模型结果,涡激力展向全相关条件下得到的计算结果与现场实测结果更接近。因此,当缺少精确的涡激力展向相干函数时,假定涡激力展向全相关计算得到的实桥涡振振幅可能更为可靠。     

斜拉索杠杆质量减振器的减振分析

提出一种新型的斜拉索减振器——杠杆质量减振器,对其构造、减振原理等进行了分析。采用非线性有限元法,通过计算LMD-斜拉索系统的复特征值来求解系统的阻尼特性。与油阻尼器相比,除首阶模态,系统的各阶模态阻尼比都有提高,表明其具有更好的减振效果。     

基于离散点涡的双自由度涡激振动尾流振子模型研究

建立了一种新的预报双自由度圆柱涡激振动响应的尾流振子模型,提出了以近壁点涡强度为变量描述尾流振子方程.通过势流理论推导出了结构所受流体流向和横向水动力与点涡强度的量化关系,从而得到了结构振子和流体振子的耦合方程组.使用该模型对圆柱的双自由度涡激振动问题进行了数值计算,得到了结构流向和横向的响应振幅及频率的变化规律.通过与实验结果进行对比,表明模型预测的涡激共振区、锁定频率和“8”字形运动轨迹等结果与实验观测结果基本一致.     

结构振动控制中MTMD的基本特性研究

单频调谐质量阻尼器已被较多地用于结构振动控制中,但是它的被控频带比较窄。 多频调谐质量阻尼器是由一组频率分布在结构被控频率周围的单频调谐质量阻尼器组成的, 它可以克服单频调谐质量阻尼器被控频带窄的缺陷。本文讨论了多频调谐质量阻尼器的基本 参数。     

TLCD-结构转化为TMD-结构减振控制的研究

该文针对平面对称结构和不对称结构,比较TLCD-结构体系和TMD-结构体系的耦联微分方程,得到TLCD-主结构与TMD-主结构质量比、频率比、主结构自振频率和主结构阻尼等,由此可将TLCD-结构体系转化为TMD-结构体系,利用DenHartog公式对TLCD阻尼比和频率比参数优化,并用有限元软件来对复杂结构减振控制进行数值计算。通过单层平面不对称结构和20层Bechmark模型放置单个或多个TLCD,用DenHartog公式求得TLCD参数,并用SAP2000进行结构分析,与MATLAB结果进行比较来验证该方法的合理性和可行性。