调液阻尼器对偏心结构扭转耦联振动控制的研究

该文利用调液阻尼器来控制偏心结构在地震作用下的扭转耦联振动。首先建立起控制体系的运动方程及时域内的求解方法。以一个8层偏心钢结构为算例,在结构顶层沿两个主轴方向正交放置两个调液柱型阻尼器,并在结构质心处安放一个环形调液阻尼器。基于该文给出的优化目标函数和遗传优化算法,对调液阻尼器的参数进行优化设计。最后对结构输入不同场地类型的地震波,在时域内分析调液阻尼器对结构扭转耦联振动的减振作用。分析结果表明:合理设计调液阻尼器的有关参数,能使其有效控制结构的平-扭耦联振动。     

环形调液阻尼器(CTLCD)对结构平移-扭转耦联振动控制的参数研究

研究在地震激励下,环形调液阻尼器(CTLCD)对结构扭转反应的振动控制作用。首先建立起环形调液阻尼器在地震作用下的运动方程,采用随机振动理论,导出了在地震作用下环形调液阻尼器振动控制的最优参数。对结构纯扭转的振动问题进行研究,分析了控制系统各参数对控制后结构等效阻尼比的影响。对结构扭转耦联的振动问题进行研究,分析了控制系统各参数对结构平移等效阻尼比和扭转等效阻尼比的影响。结果表明,环形调液阻尼器是一种有效的扭转振动控制装置。     

形状记忆合金-摩擦串联复合阻尼器对偏心结构振动控制的研究

采用自行研制的SMA-摩擦串联复合阻尼器控制偏心结构的平扭耦联振动。SMA-摩擦串联复合阻尼器能根据结构的地震响应自动调节耗能单元工作状态,且构造简单、经济实用。建立了SMA-摩擦串联复合阻尼器控制下偏心结构在双向水平地震作用下的运动方程,并编写程序计算结构的时程响应。以一六层剪切型偏心钢框架为例,计算结果表明：合理布置的阻尼器能有效抑制结构质心位移和质心层间位移,且对扭转振动的控制效果更佳;阻尼器对结构质心平移加速度的影响不大,但显著改变了扭转加速度。     

采用模糊逻辑的半主动摩擦阻尼器对偏心结构的振动控制

采用在结构水平双向设置半主动摩擦阻尼器的方法，对偏心结构在多维地震动作用下的振动控制问题进行了研究。首先运用时程分析法，确定小震作用下摩擦阻尼器较优的初始起滑力。然后在建立起半主动控制策略的基础上，利用Takagi—Sugeno型模糊逻辑调节作用在半主动摩擦阻尼器上的正压力，实现对偏心结构的振动控制。数值结果表明，采用这种方法对减小结构的平动反应和扭转反应都能起到较好的控制效果。     

利用调液阻尼器的高层建筑减震研究

本文研究了高层建筑利用调谐波阻尼器（ＴＬＤ）减小地震反应的方法，建立了具有不同ＴＬＤ设置方式的高层建筑体系的力学模型和运动方程，首次提出了利用ＴＬＤ减小高层建筑多个振型的方法，最后通过数值算例，验证了本文方法的有效性。     

基于磁流变阻尼器的结构振动优化控制

磁流变（MR）阻尼器利用MR流提供可控性是当今最新的半主动控制装置，工程应用前景十分广阔，但由于MR阻尼器所固有的高度非线性动特性，使得描述其阻尼力-输入电压关系的逆向动特性的数学模型很难得到，而逆向动特性模型对实现整个控制策略又是至关重要的。本项研究针对这一问题提出运用神经网络技术建立MR阻尼器的神经网络模型来模拟其逆向动特性，并设计与之相适应的控制系统，建立起基于MR阻尼器的结构振动控制的有效分析方法，通过数值仿真结果探讨所提出的结构控制策略的有效性。     

磁流变阻尼器在结构振动控制中的应用

磁流变阻尼器是一种比较理想的半主动控制装置。综述磁流变阻尼器在建筑工程、桥梁工程、机械工程、船舶与海洋工程以及航空工程等领域的结构振动控制中的应用概况。     

磁流变液阻尼器用于振动控制的理论及实验研究

磁流变液阻尼器作为一种可调阻尼元件,具有控制方便,响应迅速、能耗小、结构简单等特点,在振动控制领域有广泛的应用前景,本文分析了磁流变液阻尼器的四种非线性模型,从理论和实验两方面研究了磁流变液阻尼器在一种振动控制装置中的应用,理论分析和实验表明：磁流变流阻尼器随着控制电流的加大,施加于磁流变液的磁场加强而控制效果更加明显;磁流变液阻尼器在施加控制电流时反应迅速,且在低频时具有显著的振动控制效果。     

平面张弦结构粘弹性阻尼器振动控制研究

该文针对采用粘弹性阻尼器替换平面张弦结构跨中撑杆的振动控制方法,开展理论分析和数值仿真研究,揭示其振动控制机理,阐明振动控制效果。推导了上弦节点静力位移公式并推广至动力分析,结合撑杆动力学方程,揭示了粘弹性阻尼器替换平面张弦结构跨中撑杆振动控制耗能机理以及阻尼器刚度系数K与阻尼系数C对结构耗能效果的影响规律,依据耗能最大原则提出了实现最佳减振效果的阻尼器参数取值依据和方法。基于该文提出的刚度系数与阻尼系数取值方法,针对跨度60 m、100 m的张弦梁结构开展了粘弹性阻尼器替换张弦梁结构跨中撑杆参数化数值仿真。由参数化仿真可知,结构峰值加速度、峰值位移和峰值索内应力最大减振效果分别可达42.58%、30.54%和39.05%。减振结构可以满足结构安全以及正常使用需求。证明了粘弹性阻尼器替换平面张弦结构跨中撑杆是有效的振动控制方法,验证了该文提出的振动控制机理的有效性和阻尼器参数取值方法的适用性。     

双向水平及扭转调谐质量阻尼器及其减震控制研究

调谐质量阻尼器可以减小地震作用下的结构动力响应,但传统的调谐质量阻尼器在控制结构平移-扭转耦联多维振动方面存在不足。本文提出由调谐质量块、扭转质量块及扭转杠杆等组成的双向水平及扭转调谐质量阻尼器,利用其自身的平移和转动可以实现对结构水平及扭转振动控制。根据该多维调谐质量阻尼器的运动机理,建立了考虑偏心扭转效应的结构减震体系控制运动方程。以一装有多维调谐质量阻尼器的偏心结构为算例,对结构在地震作用下的扭转耦联减震性能进行研究,并对多维调谐质量阻尼器与传统单向调谐质量阻尼器的减震效果进行了对比分析。结果表明：合理布置的多维调谐质量阻尼器能有效降低结构在水平两向及扭转方向的振动,其减震明显优于传统的单向调谐质量阻尼器。     

内部带阻尼格栅的 TLD 减振性能试验研究

采用有色噪声激励的调谐液体阻尼器（TLD）特性振动台试验,对 TLD 液面多点波高信号进行解耦分离,再采用不同识别方法获取液体晃动的模态参数,以含格栅的 TLD 为例研究了格栅稠度比、格栅位置、激励相对幅值对TLD 阻尼性能的影响并和已有的线性化理论值进行比较。结果表明,有色噪声激励下的振动台试验方法能够快速准确地获得 TLD 减振性能参数;信号解耦分离方法、参数识别方法具有较高可靠性。在 TLD 内设置阻尼格栅能够不改变 TLD 频率、增大 TLD 阻尼比,且阻尼比分别随稠度比、相对激励幅值增加而增大,格栅的设置能够增加TLD 高阶模态阻尼比,进而有助于抑制非线性响应。     

基于磁流变阻尼器的结构模糊半主动控制实验研究

基于磁流变阻尼器的结构半主动控制兼有被动和主动控制的优点,近年来受到了广泛的关注,但设计与之相适应的控制系统仍是一项具有挑战性的工作。本文针对多输入多输出结构-阻尼器系统,提出了一种基于遗传算法的模糊控制器设计方法。由遗传算法自适应优化生成模糊控制规则,建立从加速度响应到磁流变阻尼器控制电压之间的关系,对结构进行半主动控制。通过两个结构振动控制实验,证明了该方法的有效性。     

Special design of tuned liquid column-gas dampers for the control of spatial structural vibrations

The relevant low-frequency modes of plan-asymmetric tall buildings and those of bridges consist of coupled translational and torsional motions. We consider the locations of the modal centers of velocity of either the rigidly assumed floors or of the bridge cross-sections to be crucial for selecting the design and the “optimal” position of the liquid absorbers. Such a tuned liquid column-gas damper, TLCGD consists of a sealed rigid piping system that is partially filled with liquid (preferably water), whose dynamics can be derived using the nonstationary Bernoulli equation properly extended to account for the relative streamline in a moving reference system. Although both the construction and working principle of TLCGDs differ from tuned mass dampers (TMD), a geometric analogy exists between these absorber types. Consequently, in a first step modal tuning is performed by means of a transformation of the TMD optimal parameters, e.g., of the Den Hartog formulas, possibly followed in a second step by fine-tuning in state-space. Such a U- or V-shaped sealed liquid column-gas damper, i.e., with the gas-spring effect taken into account, is found suitable for applications in moderately plan-asymmetric buildings (the floors’ modal center of velocity falls outside of the floor plan) and for bridges with dominant horizontal vibrations. The novel design of a torsional sealed liquid column-gas damper, TTLCGD, turns out to have even higher efficiency in effectively damping strongly asymmetric buildings, where the floors’ modal centers of velocity lie inside of the floor plan: in that case of an alternative design, the mid-plane of the U-shaped TLCGD is bent to a cylindrical surface that might be “nearly closed” such that the trace in the floor becomes approximately a loop. For bridges with dominating vertical flexural vibrations, a novel pipe-in-pipe design of the VTLCGD provides the vertical control force rendering the additional efficient damping. The evident features of TLCGDs are no moving mechanical parts, cheap and easy implementation into civil engineering structures, simple modification of the natural frequency and even of the damping properties, low maintenance costs, little additional weight in those cases where a water reservoir is required, e.g., for the sake of fire fighting, and with a performance comparable to that of TMDs of the spring-mass- (or pendulum-)-dashpot type.     

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。     

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。     

半主动变刚度TLCD减振控制的研究

为改进被动式调频TLCD的减振特性,提出了半主动变刚度TLCD减振系统,基本原理是将调频TLCD的弹簧设置成可调谐状态,在振动过程中,根据减振系统的需要适时调整调频弹簧的开关状态。减振系统的刚度由两部分组成,一部分是液体振动的恢复力,另一部分由变刚度装置的弹簧提供。由Lagrange方程建立起半主动变刚度TLCD的运动方程,以一个单自由度结构体系为算例,分析了可变刚度对系统控制性能的影响。外荷载频率与结构的频率比取不同值,比较了被动TLCD、半主动变阻尼TLCD和半主动变刚度TLCD的减振频带。考虑TLCD的频率和结构的实际频率之间存在一定的误差时,研究了半主动变刚度TLCD的减振性能。最后,通过一个五层结构的算例,分别在谐波和地震波作用下,验证了半主动变刚度TLCD对多自由度结构体系的减振特性。研究结果表明,半主动变刚度TLCD具有更宽的减振频带,在TLCD的频率和结构振动的频率存在误差时,仍能保持较好的减振效果。     

地基土-偏心结构平扭耦联分析模型与计算方法

提出了地基土-偏心结构相互作用体系分析模型,建立了5自由度相互作用平扭耦联运动方程.根据相互作用体系的特点,假设上部结构具有正交阻尼,单独对其采用振型分解法进行解耦,从而减少了自由度数,获得了频域内解析过程,分析了地基土性质对偏心结构平扭耦联状况带来的影响,为分析地基土一偏心结构平扭耦联效应提供了一种有效的计算方法.     

利用电流变阻尼器的索振动控制实验研究

由于拉索具有极大的柔性,相对较小的质量,以及非常低的阻尼,其对风荷载及交通荷载引起的振动十分敏感.最近的研究方向也转向了对索振动使用电/磁流变阻尼器的半主动控制.本文通过在靠近下端锚固点的轴垂直方向设置电流变阻尼器来减缓拉索振动.实验中,我们对实际索结构中143m长的索取1/12的模型比,也就是建立一个12m长的索模型.设计了一个电流变阻尼器,在不同的激振力幅值和不同的使用电压条件下,对拉索-阻尼器系统的非线性振动特性进行了实验研究.最后计算了索控制后的振动衰减效果.     

Nonlinear vibration control of a tall structure with tuned liquid column damper

The nonlinear vibration model of a structure with the tuned liquid column damper (TLCD) is established. TLCD is a successful structure control device. The damping of TLCD is amplitude-dependent and consequently nonlinear. Due to its complexity, the effective linear model is considered for investigating structure characteristics in almost all literatures. Moreover, the structure is usually modeled as a single degree of freedom model. However, the analytical solution for this nonlinear system is derived here. Further, it is found that the optimum design of TLCD for the suppression of vibration depends greatly on the structure parameters.