调频型颗粒阻尼器与高架连续梁桥减震控制研究

为了将颗粒阻尼技术引入到桥梁减震控制领域,提出了一种适合桥梁结构使用的调频型颗粒阻尼器及其设计方法,并以某高架连续梁桥为原型,设计制作了1:10缩尺模型,利用振动台台阵系统对未设置和设置调频型颗粒阻尼器的模型桥进行了振动台试验研究。研究结果表明：调频型颗粒阻尼器的初步设计方法可以为颗粒阻尼技术在桥梁减震领域的应用提供一定的理论指导;调频型颗粒阻尼器在高架连续梁桥减震领域应用效果良好,激励强度是影响阻尼器减震控制效果的主要因素之一;与调谐型阻尼器相比,调频型颗粒阻尼器的减震频带更宽。     

颗粒调谐质量阻尼器减震控制的数值模拟

提出一种颗粒调谐质量阻尼器,即通过摆绳将颗粒阻尼器悬挂于主体结构上,将目前广泛应用的调谐质量阻尼器与减震效能优越的颗粒阻尼器结合起来,以扩大减振频带,增加减振鲁棒性。基于一定的等效原则将多颗粒阻尼器等效为单颗粒阻尼器,提出一种近似的颗粒调谐质量阻尼器数值模拟方法,并介绍了系统参数的取值方法。进行了附加颗粒调谐质量阻尼器的单自由度结构实际地震输入下的振动台试验,通过对比试验结果与数值模拟结果,发现两者吻合较好,说明该简化方法可以较好地模拟颗粒调谐质量阻尼器的减震控制效果。     

颗粒阻尼器对长周期桥梁结构的减震控制效果研究

为了研究颗粒阻尼器在长周期桥梁结构中的减震控制效果及其减震机理,以某典型的非对称独塔自锚式悬索桥为原型,设计制作了该桥的1:20缩尺模型,并设计制作了可用于试验模型的多层隔舱式颗粒阻尼器,对设置颗粒阻尼器前后的模型桥进行地震模拟振动台阵试验。试验结果表明:所提出的多层隔舱式颗粒阻尼器在试验中未出现颗粒堆积现象,其对缩尺模型桥主梁的纵向地震响应具有良好的减震效果,能较大幅度降低主梁位移峰值响应和加速度均方根响应;该型阻尼器能显著增加主梁纵向振动(低频振动方向)的等效阻尼比,且对其纵向振动基频具有较显著的调谐作用;多层隔舱颗粒阻尼器能有效控制长周期桥梁的低频动力响应,可应用于长周期工程结构的减震控制中。     

调频型颗粒阻尼器参数优化方法及有效性评价

基于调频型颗粒阻尼器(Tuned Particle Damper,简记为TPD)的简化线性分析模型-双调谐质量阻尼器(Doubly Tuned Mass Damper,简记为DTMD)模型建立了TPD的数值优化方法,对TPD的参数进行了分析和优化,建立了TPD的简化非线性分析模型及其参数计算方法,并利用该简化非线性分析模型对上述TPD数值优化方法进行了评价。理论和数值研究结果表明：与单TMD相比,TPD简化线性分析模型-DTMD的减震频带更宽,控制效果的鲁棒性更好;依据数值优化方法得到的TPD具有良好的减震控制效果;TPD简化非线性分析模型及其参数计算方法,可为颗粒阻尼器的应用提供一定的理论和数值分析指导。     

微细耗能颗粒对调频型颗粒阻尼器减震效果影响研究

为明确调频型颗粒阻尼器(Tuned Particle Damper,TPD)减震效果的关键影响因素和附加微细耗能颗粒对土木工程领域用调频型颗粒阻尼器减震效果的影响,以某钢筋混凝土框架结构为原型,设计制作了1∶30的缩尺试验模型及可用于该试验模型的调频型颗粒阻尼器,基于选定的TPD参数,通过在阻尼器腔体中附加不同质量的微细耗能铁粉颗粒,利用振动台试验对附加微细耗能颗粒前后调频型颗粒阻尼器减震效果的变化进行了研究。结果表明:依据设计的TPD附加微细耗能颗粒后仍能较有效降低结构在地震作用下的位移响应;激励强度是影响其控制效果的关键因素,随着激励强度的增加,附加微细耗能颗粒TPD的控制效果趋于提高;附加微细耗能颗粒后TPD的减震效果略有降低,土木工程领域颗粒与腔体间相对运动提供的调谐作用是影响TPD减震效果的重要因素。     

基于黏滞阻尼器的连续梁桥减震控制振动台试验研究

目前国内外高烈度设防区域的很多桥梁均安装了黏滞阻尼器用于减震控制,其设计与布置均依据动力弹塑性理论分析和数值模拟,不仅缺乏振动台试验的验证,同时减隔震桥梁经历地震考验的相关工程实例也很少。设计并制作了孔隙式黏滞阻尼器,通过循环往复加载试验获得了其滞回曲线,进而将其安装在一座连续梁桥缩尺模型上进行了振动台试验,通过试验验证了其减震控制效果。试验结果表明:黏滞阻尼器的阻尼力随着频率的增大而增大,实测滞回曲线接近于椭圆;黏滞阻尼器对连续梁桥固定墩墩底应变和墩顶位移及活动支座的纵向位移响应均有良好的减震控制效果,不同地震波输入下的减震率有所不同,最大减震率达到50%以上。     

曲线连续梁桥不同减隔震方案对比分析

采用减隔震装置可有效减小连续梁桥的地震反应。选取一曲线连续梁桥,根据该桥的地震反应特点,分别采用铅芯橡胶支座、黏滞阻尼器、摩擦摆支座三种减隔震装置进行减震控制。通过动力非线性时程分析,对比了三种减震装置的减震效果,发现铅芯橡胶支座和黏滞阻尼器对边墩的墩底切向反力有放大作用,摩擦摆支座对主梁位移有放大作用;三种单一的减震措施难以完全满足该曲线连续梁桥减震控制要求。为此在单一的减震措施基础上进行改进,形成混合减震控制方案。分析表明,改进的混合减震措施可以弥补单一减震措施的不足,取得良好的减震效果。     

连接刚度对调频型颗粒阻尼器减震控制效果影响研究

为明确连接刚度对调频型颗粒阻尼器(Tuned Particle Damper,TPD)减震控制效果的影响,确定实际可用的较优的阻尼器连接刚度范围,设计制作了某钢筋混凝土框架结构1∶30缩尺试验模型及可用于该试验模型的调频型颗粒阻尼器,设计了不同的TPD连接刚度,通过系列振动台试验研究了连接刚度对该型阻尼器减震控制效果的影响。结果表明:合理设计的TPD能有效降低地震荷载作用下结构的位移响应;TPD与受控结构的连接刚度对TPD减震控制效果影响显著,TPD自振频率与结构控制方向基频之比在0.90~1.10内,TPD减震效果较优。     

球形储罐罐底附加黏弹性阻尼器减震研究

为了研究球形储罐罐底附加黏弹性阻尼器后的减震效果,推导了球形储罐考虑储液晃动效应的抗震简化力学模型、罐底附加黏弹性阻尼器的初始简化力学模型及二次简化力学模型,并进行了地震动响应分析,得出采用减震措施后能大幅削减球罐支承的受力,对储液晃动波高亦有一定控制作用;同时有限元数值仿真结果表明,在罐底附加黏弹性阻尼器后能有效减小球罐地震动响应;将有限元计算结果与数值解进行对比分析,数值解与有限元解十分接近,相互验证了计算结果的准确性。当采用简化力学模型进行减震设计时,初始简化模型及二次简化模型计算结果应适当放大,从结构安全性考虑放大系数可取1.1~1.2。     

桩-土动力相互作用对连续梁桥半主动控制的影响研究

建立刚性地基和桩土相互作用两种模式的整体桥梁有限元模型，在桥梁支座部位设置线性粘滞阻尼器，计算桥梁在地震动作用下未施加控制和半主动控制的地震反应，探讨了桩土动力相互作用对连续梁桥地震反应半主动控制的影响以及半主动控制的减震效果。结果表明，桩土动力相互作用使连续梁桥自振周期增大，半主动控制的减震效果也相应增大，而最终的桥梁最大位移反应数值比较接近，最大内力数值更加减小，桩土动力相互作用对连续梁桥半主动控制系统减震效果的不利影响非常小，充分显示了半主动控制的优越性。     

质量调谐-颗粒阻尼器复合减振体系的力学解析及优化分析

针对调谐质量阻尼器(TMD)和颗粒阻尼器的减振特点及各自不足,提出将并联式单向单颗粒阻尼器(PSSPD)与TMD有机结合的复合减振技术方案—PSSPD与TMD并联体系。在深入剖析其减振特性的基础上,将颗粒与受控结构之间的碰撞力等效为脉冲力,建立复合减振体系力学模型和方程。采用时域和频域结合的方法并对模型进行分析并求解,使求解过程直接、无需求解微分方程且易于求解特殊激励形式动力响应。提出简谐激励下复合减振结构系统的最优减振参数设计方法,对该系统进行性能参数分析,验证了力学模型的精度及优化方法的可行性。建立该复合减振体系在地震动下的参数优化方法并对其合理性和准确性进行验证。最后,对PSSPD、TMD及复合减振体系的减振机理、性能及减震效果进行深入分析。结果表明:基于时频域解析的复合减振体系力学模型能够直观体现其减振机理,求解过程清晰且精度高,参数优化分析方法合理、可行且准确;复合减振体系有效克服了TMD和PSSPD的不足,具有更佳的减震效果、更宽的减振频带及更强的鲁棒性。     

考虑惯容的颗粒阻尼器等效力学模型及其受控结构稳态解研究

颗粒阻尼技术因减振效果好、作用频带宽等优点使其在土木工程领域中具有良好的应用前景,然而因其具有高度复杂的非线性力学特性,并缺少合理的力学模型,限制了其在实际工程中的应用和发展。鉴于此,以土木工程应用为背景,在不考虑阻尼颗粒发生堆积的前提下,通过引入惯容器来考虑颗粒群滚动对阻尼器减振机理及减振效果影响,建立了考虑惯容的多颗粒阻尼器等效单颗粒力学模型;结合颗粒运动状态,分别进行了未碰撞时及碰撞发生后多颗粒阻尼器单自由度结构的响应分析,重点探讨了惯容系数对未碰撞时动力放大系数频响曲线及碰撞发生后周期2次碰撞稳态解析解的影响规律,并采用数值仿真和试验方法进行验证。结果表明,考虑惯容属性后等效模型能够进一步明晰多颗粒阻尼器由于颗粒群滚动引起的非线性特性,惯容系数对多颗粒阻尼器未碰撞时动力放大系数频响曲线及碰撞后周期运动解析解存在的边界条件及稳定性具有显著影响。进行的周期2次碰撞理论解析为颗粒阻尼器进一步参数影响分析及减振机理分析提供理论基础。     

基于齿轮机构的SMA-摩擦阻尼器试验研究及数值模拟EI北大核心CSCD

基于齿轮机构对形状记忆合金(SMA)丝非比例拉伸的特点,提出了一种新型SMA-摩擦阻尼器,并阐述了该阻尼器的基本构造和工作原理。对SMA丝进行循环拉伸试验,考察了加载幅值、加载速率对其力学性能的影响规律;分别对齿轮摩擦单元和SMA-摩擦阻尼器试件进行了低周往复荷载下的力学性能试验,得到了摩擦材料、预紧力以及位移幅值对单次循环耗能、割线刚度、等效阻尼比和自复位率等力学性能指标的影响规律;建立了SMA-摩擦阻尼器的简化力学模型并进行了数值模拟。研究结果表明:所用复合树脂材料较黄铜材料出力更大,性能更稳定;新型阻尼器具有良好的耗能能力、承载能力及自复位能力,可实现大行程设计;利用OpenSees有限元模型计算得到的滞回曲线与试验曲线吻合较好,验证了力学模型和材料本构二次开发的正确性。     

考虑摩擦效应的颗粒阻尼器力学模型研究及参数分析

颗粒阻尼具有高度非线性特性且影响因素复杂,在土木工程减振控制的研究和应用处于简单理论探究与实验阶段,尚未形成成熟可靠的理论对实际设计和应用进行指导。在阻尼颗粒未发生堆积时,考虑阻尼颗粒与阻尼器腔体之间的碰撞过程和摩擦效应,构建一种颗粒阻尼器-单自由度结构系统力学模型,并求得该力学模型在简谐激励下位移响应的解析解。该模型能够充分反映颗粒阻尼器的碰撞和非碰撞过程,其相轨迹可以体现颗粒阻尼器的复杂非线性特征。通过单层钢框架在简谐激励下的电磁振台试验对颗粒阻尼器的理论及运动特性进行验证,证明该理论模型的合理性和解析结果的正确性。最后对颗粒阻尼器进行颗粒质量、激振幅值、激振频率和阻尼颗粒运动间隙的参数分析,并与已有冲击阻尼器模型进行对比,结果表明所构建的力学模型能更加合理地评价颗粒阻尼器的减振性能。     

并联式单向单颗粒阻尼器力学模型及优化分析

针对目前颗粒阻尼器的不足及土木工程减震的需求,提出并联式单向单颗粒阻尼器(Parallel Single-Dimensional Single Particle Damper, PSSPD)。在剖析PSSPD减振机理且全面考虑颗粒的受力状态的基础上,建立其力学模型并提出一种高效的变步长数值计算方法。针对简谐激励,获得PSSPD-单自由度结构系统处于稳定、对称、周期碰撞状态时的系统位移响应解析表达,并在该结果的基础上分析各参数对PSSPD性能的影响及颗粒运动最优间距的与其它参数的关系,对其准确性进行验证。提出PSSPD在地震动中的优化分析方法并对其合理性和准确性也进行验证,并研究在最优设计参数和不同场地地震动作用下PSSPD对结构的减震效果。结果表明:因PSSPD属于加速度(力)相关性阻尼器,只要颗粒发生碰撞就会转移受控结构的能量,而地震动频谱的丰富性和随机性增强了颗粒发生碰撞的概率,PSSPD对不同场地下的地震动均有良好的减震效果,且场地效应对其减震效果影响不明显,更加适用于中低层结构。     

O型钢板-高阻尼黏弹性复合型消能器的力学性能试验与分析

提出了一种由O型钢板金属阻尼器与高阻尼黏弹性阻尼器并联而成的复合型消能器,阐述了其构造形式和工作机理,对其进行了低周反复加载试验。研究结果表明:复合型消能器具有较强的变形能力和饱满的滞回曲线;其力学性能稳定,受加载频率影响较小;该消能器兼具位移型阻尼器与速度型阻尼器的优点,小变形时,黏弹性阻尼器发挥主要的耗能作用,O型钢板金属阻尼器提供一定的附加刚度,大变形时,二者共同耗能;相比单一类型的消能器,该复合型消能器提高了阻尼力和抗震安全储备;采用Bouc-Wen模型建立了该消能器的力学模型,计算结果与试验结果吻合较好。     

滚动碰撞式调制质量阻尼器力学模型及参数分析

滚动碰撞式调制质量阻尼器(PTRMD)由调谐质量阻尼器及颗粒阻尼器发展而来,其在土木工程减振控制领域中的研究仍处于初步分析与探索阶段,阻尼器自身参数及外部激励条件对其减振性能的影响尚不明确。在考虑颗粒与主体结构碰撞和摩擦效应的基础上,建立PTRMD力学模型,并将颗粒和结构的振动过程划分为非碰撞过程、碰撞过程及黏滞振动过程;建立PTRMD-单自由度结构运动微分方程并分别对其进行求解;基于数值仿真分析方法,分别对碰撞间隙比、颗粒运动频率比、滚动摩擦因数、碰撞恢复系数、颗粒质量与简谐激励强度及频率等参数对PTRMD减振性能的影响进行研究。结果表明:颗粒运动频率比较小时,PTRMD减振效果随碰撞间隙比的增加而基本成线性增加,且受激励幅值的影响较小;当颗粒运动频率比较大时,其减振效果随碰撞间距比的增加先增大后减小,且受激励幅值影响较大。     

磁流变阻尼器简化力学模型研究

基于磁流变液体在不同磁场和剪切率下流变特性和磁流变阻尼器在混合模式下的力学原理,推导出包含四个待定系数的磁流变阻尼器简化力学模型。利用MTS8701系统测试的磁流变阻尼器的阻尼力与活塞杆运动速度及励磁电流的试验数据,对磁流变阻尼器简化力学模型进行了系数辩识。用磁流变阻尼器的电压驱动和电磁系统动态响应时间加上磁流变液体成链时间作为磁流变阻尼器的响应时间,建立了带时滞因子的磁流变阻尼器简化力学模型。试验与仿真分析结果表明,该简化力学模型能反映其基本力学特性。     

风浪联合作用下海上风力涡轮机的碰撞阻尼减振控制

提出利用碰撞调谐质量阻尼器(Pounding Tuned Mass Damper,PTMD)控制近海单桩风力涡轮机塔身在风浪联合作用下的结构振动.为此,利用拉格朗日方程推导风浪联合作用下风机与PTMD 的耦合动力方程并据此分析了相关控制效果.具体而言,结构模型方面,以美国国家可再生能源实验室(NREL)的5 MW基准单...