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。     

基于正弦激振的多频率拟合法测在役拉索索力

大跨度预应力结构健康监测中在役预应力索力的测试识别精度关系到整个结构的安全,测试在役钢索索力有频率法、磁通量法等多种方法且各有特点,频率法的基频不易识别,磁通量法标量不准且操作繁杂。据此采用基于正弦激振的多频率拟合方法测试在役索力,建立多跨索振动模型和索力优化识别模型,以索力测量试验和某张弦梁结构的展览馆为实例,采用正弦多频率拟合法拾取多阶频率并进行优化分析。结果表明,对拉索施加正弦激振获得的多阶频率进行拟合优化计算比一般计算公式法计算的索力更接近实测索力,并且拉索的长径比在100以内的索力测量中,多频率拟合法的优势更明显,为基于正弦激振的多频率拟合法提供了依据。     

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。     

网壳-TMD风振控制分析

本文对 TMD在网壳结构风振控制中的应用作了较为系统的研究和探讨。文中给出了网壳- TMD风振控制系统的计算模型和计算方法。推导了网壳- TMD系统独立模态空间下的频率响应函数及系统的脉动增大系数平方矩阵的计算公式,提出了 TMD影响函数概念,并给出了显式表达公式,该函数可用于 TMD参数优化及模态污染分析。     

液体粘滞阻尼器和TMD应用于高层结构的抗风效果对比

众所周知,使用TMD对减少结构风振有着很好的效果,但也有很多由频率过于敏感而引起的局限性和负作用.为了研究在高层结构上应用阻尼器或TMD减振究竟孰优孰劣,以及阻尼器能否代替TMD抗风等问题,本文针对某150m高层混凝土结构分别设计了对应的两种主要用于抗风的减振方案,并对相同工况下各自的减振效果加以比较.本文使用以往工程的人工风波进行数值积分,计算表明,一定数量直接安置的阻尼器可以和上百吨重的TMD起到同样的抗风效果,且在高效的套索连接形式帮助下,前者的成本不到后者的二分之一.结果表明,阻尼器在风振和地震工况下均有良好的减振效果,而TMD仅能用于抗风,且TMD会在一定程度上加剧结构的扭转效应.     

崇启大桥主桥钢箱梁TMD系统设计参数计算研究

崇启大桥主桥为六跨双幅钢箱连续梁桥,其跨径布置为:102m+4×185m+102m=944m。风洞试验识别出大桥有发生竖向涡激振动的可能,为制止运营期可能发生的涡激振动,对比主动控制和被动控制技术方案,综合比选采用TMD(Tuned Mass Damper,调谐质量阻尼器)制振措施。计算主桥动力特性并进行实桥风洞试验,对试验结果进行频谱分析后确定一阶竖向反对称是涡激振动的主振型,基于该振型特点初步确定TMD布置位置。根据理论和数值计算初步确定了TMD频率、质量、阻尼比、行程等参数,利用谐响应和时程两种方法对TMD减振效果进行设计验证,指出低频TMD设计的主要难点和解决思路;为指导TMD安装施工,进行频率、质量、阻尼比的参数敏感性分析,明确TMD主要设计参数安装容许偏差,提出安装完成后验收指标。崇启大桥是国内首座采用TMD控制涡激振动的特大型桥梁,研究对类似结构的风致涡激振动控制积累了工程经验,对TMD设计、检验评定、制造验收等相关规范的编制具有一定的参考价值。     

TMD结构基于Davenport谱的随机风振响应的虚拟激励法

质量调制阻尼器(TMD)具有良好的抗风减振性能,本文研究了设置TMD的建筑结构基于Davenport风速谱下的风振系列响应的简明显示解.本文运用复模态法将考虑多振型的TMD结构系统解耦为一阶广义复模态的线性组合并获得了结构层绝对位移和层间位移的显示频域解;然后利用虚拟激励法获得了TMD结构系列响应绝对位移的功率谱的简明形式;最后,根据谱矩定义,获得了TMD结构风振系列响应方差和0-2阶谱矩及绝对加速度方差的数值解.算例验证了本文方法的正确性和分析精度的影响因素.     

反冲激振器的同步性研究

本文对反冲激振法实现大型结构多点激励实验时各反冲激振器的同步性进行了讨论.通过分析计算,得到了最大允许时差与结构物频率的关系,为多点反冲激振法的使用提供了理论依据。并说明了多点反冲激振法的可行性.     

深圳京基金融中心横风向风振控制试验研究

在边界层风洞试验中应用气弹模型技术对深圳京基金融中心（KFT）进行风振控制试验,通过在KFT顶层设计安装悬臂式调谐质量阻尼器(TMD)对结构横风向风振响应进行控制,研究了不同TMD参数对控制效果的影响,并将试验结果和基于刚性模型的高频压力积分(HFPI)计算结果进行比较。结果表明：使用TMD能有效抑制KFT的风致振动响应,当TMD频率接近结构1阶自振频率时,减振效果最佳,且由于结构阻尼的存在,最佳TMD频率略小于结构自振频率;TMD阻尼比为3.86%和1.67%时,结构顶层加速度响应分别减小20%和15%,而TMD阻尼比不大于0.07%时则可能对结构风致振动响应的控制不起作用。     

人群激励下梁式人行桥振动控制和MTMD优化设计

通过对人群荷载的频谱分析,说明当人行桥的自振频率位于人群的激振频率范围内时,人行桥将产生共振。因而,对于此类人行桥,需要安装调谐质量阻尼器(TMD)对其进行减振控制。通过人群荷载功率谱密度分布求得人行桥的均方根加速度,然后将其作为目标函数提出了多重调谐质量阻尼器(MTMD)阻尼比和频率比任意分布的优化表达式,并采用遗传算法求解该问题。人群激励下人行桥的振动分析表明,人-桥共振时采用MTMD将比单个TMD具有更高的减振效率,通过保持MTMD中心频率不变而适当等比例扩大最优频率比可以有效提高人-桥-MTMD系统减振效率的鲁棒性。计算同时表明,MTMD的相对运动位移较小,完全可以满足人行桥对安装空间的要求。     

调谐质量减振器在杭州湾大桥观光塔风振控制中的应用

针对高耸结构的风激励振动问题,介绍了调谐质量减振器TMD抗风振的基本原理。以杭州湾大桥观光塔为例,设计了相应的抗风振TMD减振系统,计算了多种风速下TMD的减振效率。并据此生产制造出TMD,实际应用于观光塔的振动控制。     

重庆江北嘴金融城号连廊钢结构减振设计

大跨度连廊结构一般固有频率较低、内部阻尼较小,在受到风力或人群同步激振时,容易激发共振而影响人行舒适度,严重时可能造成无法使用或破坏。采用调谐质量阻尼器(TMD),可有效地增加结构的系统阻尼,控制结构的振幅。该文通过重庆江北嘴金融城2号钢连廊TMD设计的工程案例,介绍了调谐质量阻尼器TMD的原理及其在大跨人行廊桥上的应用。     

基于风洞试验的变阻尼质量调谐阻尼器景观塔的减振分析

基于风洞试验得到的各结构层风荷载时程，采用ABAQUS软件对景观塔无控结构和有控结构进行10,50,100 a重现期风作用下的风振响应分析，得到了质量调谐阻尼器(TMD)在不同重现期风荷载作用下的减振效果。计算结果表明：两级变阻尼TMD能有效减小风荷载作用下结构的响应，减振效率随着楼层的增高而增大；风荷载作用下TMD均未超出最大行程，10 a重现期风作用下处于一级阻尼；50、100 a重现期风作用下二级阻尼发挥作用；设置TMD能有效提高结构舒适度，TMD对加速度控制的效率高于位移控制；TMD作为一种有效的减振控制装置，适用于有限位需求的高耸结构风振设计。     

地铁荷载下隧道注浆对地面振动的影响

为研究地铁隧道注浆加固后土体力学性能的改变对列车运行引起地面振动的影响,采用有限元分析方法,建立了土体-隧道二维计算模型,分析了在不同隧道埋深及激振频率下,注浆体强度与注浆范围对地面振动加速度反应的影响。计算结果表明:不同隧道埋深下注浆体强度与注浆范围对地面反应的影响规律大致相同;激振频率对计算结果影响很大,1030 Hz激振频率下,注浆体强度与注浆范围对地面加速度反应的影响较小;50 Hz激振频率下,地面最大加速度反应与注浆效果近似成正比,整体随着注浆范围的增大而增大;70 Hz与90 Hz激振频率下,注浆体强度与注浆范围对地面反应的影响存在很强的非线性。因此,在地铁动力反应分析中,隧道注浆的影响不可忽略,计算时应详细考虑注浆体强度与注浆范围的影响。     

某大厦楼顶桅杆天线涡激振动控制分析

某超高层大厦在无地震和强风时发生异常振动,大厦内人员振感强烈。初步判断是楼顶桅杆天线发生涡激共振,并引发主体结构高阶振型共振效应。计算桅杆天线顶部风速并与各阶振型的涡激振动临界风速对比,判断桅杆天线在特定风场条件下发生频率为2.11Hz的涡激共振,与现场实测结果基本吻合。建立大厦结构的有限元模型,计算桅杆天线涡激共振荷载并以正弦波荷载的形式输入到模型中,分析不同输入角度下主体结构的动力响应情况。结果表明,桅杆天线2.11Hz的涡激共振引发主体结构高阶振型共振响应;沿135°或315°输入正弦波荷载时动力响应最大;主体结构的动力响应沿楼层呈波动形态;峰值加速度响应满足中国规范限值,但大于日本风振舒适度规范H-90级别限值,导致了显著的振感。对桅杆天线设计了三个振动控制方案,输入不同频率的正弦波荷载,分析改造后的桅杆天线对正弦波荷载频率的敏感性。结果表明,所提出的三个方案均能有效减小主体结构和桅杆天线的动力响应,且提高了最不利正弦波荷载频率,降低了桅杆天线发生涡激共振的概率。     

无砟轨道X形桩–筏复合地基动土压力分布规律试验研究

基于1∶5的轨道–路基–桩筏复合地基模型,采用能够近似模拟列车单个轮轴荷载的正弦波荷载,在砂土地基中通过开展不同激振频率下无砟轨道X形桩–筏复合地基的动力特性模型试验,研究不同激振频率引起的轨道–路基–桩筏复合地基中的速度和动土压力,测得了速度响应、动土压力随深度和激振频率的变化规律。研究结果表明:在路堤横截面方向上,振动响应主要集中在轨道–路基结构中,基床表层中的动土压力在路堤横截面方向呈"W"形分布,地基表面的动土压力呈"U"形分布。基床表层中的动土压力荷载放大系数随激振频率的增加而逐渐增加。相关研究成果可为无砟轨道X形桩–筏复合地基的理论分析与计算以及动力荷载放大系数的确定提供参考依据。     

变截面刚度与质量分布高层结构风振动力反应分析计算.

采用Rayleigh-Ritz能量法确定非均匀质量与截面刚度悬臂杆的第一阶自振频率与振型,并根据Davenport脉动风速谱得出了顺风向脉动风压谱密度函数.得出了类似的高层与高耸结构顺风向风振动力反应的计算方法.计算结果表明,变截面刚度与质量分布的高层结构或高耸结构在顺风向脉动风压作用下,结构的风振反应以共振响应为主,背景响应只占次要的部分;计算风振系数或进行结构振动控制设计时,应该考虑质量分布函数与截面刚度分布函数变化的影响.     

上海卢浦大桥抖振时域分析

用抖振时域方法对上海卢浦大桥进行了抖振计算,并与全桥气弹模型风洞试验抖振位移相互比较分析,探讨了自激力和气动导纳等因素对抖振响应的影响.气动导纳采用实测值、Sears函数和1三种不同形式,抖振位移有明显差别.全桥气弹模型试验抖振位移与采用实测气动导纳的结果很接近.气动导纳为1时的抖振位移最大,Sears函数抖振位移最小.考虑18个气动导数比不考虑侧向气动导数得到的抖振位移要略小.自激力总体上会减小抖振位移,但幅度不大,工程计算中可以偏安全地忽略自激力的影响.     

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。     

面向振动压路机的土体幅频特性仿真研究

采用Ansys构建了某级配土体的本构模型并生成了与之对应的模态中性文件,在ADAMS环境下建立了单钢轮振动压路机—土体的参数化模型。通过设计的仿真过程,利用该仿真模型得到了土体压实的最优频率,并通过有限元方法计算对比了常用激振频率和最优激振频率下路基的压实效果,为确定在不同碾压遍数下压路机的激振频率提供了一种仿真方法。