调谐液体阻尼器（TLD）用于风振控制的研究进展

风载荷是高层建筑和高耸结构的主要设计载荷之一。调频质量阻尼器（TMD）技术在高层结构风振控制中得到广泛应用。与TMD相比，调谐液体阻尼器（TLD）具有造价低、结构简单、易于安装等优点，并且若设计合理，具有与TMD同等的减振效果。因此，TLD在高层建筑的风振控制中有较广阔的应用前景。本文简要地介绍了TLD用于高层建筑风振控制的原理及国内外的研究及应用状况。文后列了该领域主要的有关文献。     

悬吊TMD对高柔结构风振反应的半主动控制

通过南京电视塔这个工程实例，系统地介绍了悬吊ＴＭＤ（ＴｕｎｅｄＭａｓｓＤａｍｐｅｒ）对高柔结构脉动风振反应半主动控制的基本原理和设计计算方法。文中，在建立悬吊ＴＭＤ和结构受控响应运动方程的基础上，应用随机振动和等价线性化的方法得到了ＴＭＤ装置中环型质量ＭＴ，弹簧刚度ＫＴ和阻尼器参数ＣＴ的求取方法。同时，根据可调阻尼器所产生的半主动阻尼力应尽量接近最优主动控制力的原理，得到了可调阻尼器阀门阻尼系数的调整公式。依据上述结果，在设计了悬吊ＴＭＤ参数的基础上，对悬吊ＴＭＤ对南京电视塔的风振控制进行了计算机模拟。结果表明，悬吊ＴＭＤ对高柔电视塔风振反应的半主动控制有很好的效果，它使太空舱的风振加速度响应减小了３８％。     

大跨桥梁风致振动的半主动控制

根据桥梁风振效应，初步建立了大跨桥梁风振控制的安全性目标和使用性目标。并针对大跨桥梁风致振动的特点，考虑桥梁风振的参数不确定性，提出了桥梁风振半主动控制的概念，设计了一种新型的可调频率的半主动调质阻尼器，建立了相应的分析方法。以国内一座悬索桥为例，分析了半主动调阻尼器对其风致振动的控制。结果表明，所设计的半主动调质阻尼器用于控制桥梁的风致振动有很好的鲁棒性和控制效果。     

斜拉桥拉索风雨振控制的智能阻尼技术

洞庭湖大桥自建成通车以来已发生多次严重风雨振，必须采取有效的振动控制措施。本文应用磁流变阻尼器对该桥风雨振控制进行了仿真和现场试验研究，得到了拉索－阻尼器系统模态阻尼比随阻尼器输入电压的变化关系，显示磁流变阻尼器能提供足够的可变阻尼对拉索进行智能控制，在实际风雨振时的现场观测结果显示磁流变阻尼器对风雨振具有很好的减振效果，实测的加速度响应表明安装阻尼器拉索的加速度响应仅为未加阻尼器拉索的1／20－30。洞庭湖大桥已计划全桥安装磁流变阻尼器，它将是世界上首座应用该阻尼器进行风雨振阻尼控制的桥梁。     

高层建筑楼顶钢塔风振效应的参数研究

本文针对高层建筑楼顶钢塔的风振效应开展研究,采用线性滤波法模拟了结构的脉动风荷载时程,探讨了主体结构、楼顶钢塔及二者整体工作三种情况的动力特性,分析了脉动风速谱、频率比、楼顶钢塔高度和跨度等6种不同参数对结构顺风向风振动力性能的影响,并对比分析了线性和非线性粘滞阻尼器及粘弹性阻尼器三种速度相关型阻尼器对结构楼顶钢塔风振效应的控制效果。结果表明,结构楼顶钢塔设计时应避开主体结构的前三阶自振频率,以降低鞭梢效应;风荷载作用下楼顶钢塔的风振响应远大于主体结构,随基本风压和钢塔高度的增大而增大,但随钢塔跨度的增大而减小;阻尼器可有效衰减楼顶钢塔的风振响应,粘滞阻尼器对楼顶钢塔风振响应的减振效果优于粘弹性阻尼器,而非线性粘滞阻尼器的减振效果又优于线性粘滞阻尼器。     

某超高层建筑TMD风振控制分析

某超高层建筑总高度492m，风致振动将控制结构的荷载和舒适度。为减小风振响应，提高结构舒适度，拟在第90层设置两个相同调频质量阻尼器。将该超高层建筑简化为14质点多自由度体系，利用高频天平实验结果，在时域内计算了结构在受控与不受控情况下的风振响应，分析了调频质量阻尼器的控制效果，给出了设计方案。     

某超高层结构三种风振控制方法的对比研究

提要 以某超高层结构的风振控制为研究对象,阐述了风荷载的动力特性,利用改进的自回归模型模拟了X和Y两个方向的脉动风荷载时程,针对该工程的自身特点提出了设置粘滞阻尼器和调频质量阻尼器(II)、设置粘滞阻尼器(III)、设置调频质量阻尼器(IV)的三种减振控制方案。在10年、50年和100年一遇三种风振作用下,对该工程进行了不同风振方向和不同控制方案下的风振控制动力分析。对比分析了不同方案下的控制效果,结果表明控制方案II、III具有大量耗散风振输入能量、有效衰减结构动力响应、降低风振作用下结构层加速度和层间侧移沿高度方向突变的能力,可减小结构顶层位移和加速度响应的最大幅度分别为33％和51.4％,证明了所提控制方案对于抑制结构风致振动、提高结构安全和舒适使用性能的可行性和有效性。最后依据分析结果对超高层结构体系风振控制的分析与设计提出了建议。     

基于能量的结构风振控制设计方法研究

建立了结构任意高度单位风能量计算公式、各楼层总输入风能量计算公式、结构总输入风能量计算公式。在主体结构弹性状态下,给出了粘滞和粘弹性阻尼器的能量耗散公式及结构总能量输出公式,提出了基于能量的结构风振控制的设计流程。以某高层建筑结构为例,验证了所提基于能量的结构风振控制方法可有效实现结构风振控制设计,达到有效抑制结构风振反应的目的。     

输电塔线体系风振反应的半主动摩擦阻尼控制

该文研究了智能半主动摩擦阻尼器对输电塔线体系风振反应的控制问题.该文提出了一种适用于输电塔结构风振控制的半主动摩擦阻尼器力学模型,建立了输电导线动力分析的多自由度模型,并建立了塔线耦联体系的受控动力分析模型和动力分析方法.基于半主动摩擦阻尼器的特点,提出了抑制结构风振反应的两种半主动控制策略.通过数值研究考察了半主动摩擦阻尼器对输电塔线体系风致振动响应的控制效果,并进行了相应的参数研究.研究表明,半主动摩擦阻尼器形式简单、具有较好耗能能力,可以有效地抑制输电塔的风致振动.     

智能TMD对高层建筑风振响应的抑制

将传统的TMD与磁流变阻尼器相结合，设计了用于高层建筑抗风的新型智能TMD。采用修正的Bingham模型来描述磁流变阻尼器的力学性能。根据滑模控制(SMC)算法，研究了如何用智能TMD半主动控制系统对高层建筑的风响应进行抑制以及当控制系统的输出反馈状态受限时的控制方法。本文算例表明，当半主动控制策略一样时，最优控制和滑模控制两种控制算法的控制效果相差不大；当结构参数出现不确定和反馈状态受限时，本文提出的智能TMD控制系统的风控效果仍然良好。     

高耸烟囱结构调谐质量惯容阻尼器(TMDI)风振控制方法及效果研究

高耸烟囱是一种典型的风敏感结构,尤其是横风向涡激共振会对结构安全造成不利影响,往往需要对其进行风振控制。相比传统的调谐质量阻尼器(TMD),调谐质量惯容阻尼器(TMDI)能够通过惯容器实现动力吸振器的轻量化设计。但惯容器的连接位置,不仅影响其在对高耸烟囱结构上实施的难度,对风振控制效果的影响也尚待定量化研究。该文将高耸烟囱简化为广义单自由度结构,基于风荷载频谱的滤波表示,推导了TMDI控制下结构风振响应的解析解。在此基础上,对TMDI最优设计参数进行了参数化分析,总结了相应的经验公式供设计参考。此外,通过对比TMDI与TMD的风振响应控制效果,给出了惯容器起增强控制效果的判别准则,以及TMDI的等效TMD质量比计算公式,以指导动力吸振器的轻量化设计。最后,通过对某270 m高混凝土烟囱风洞试验数据进行TMDI风振控制算例分析,验证了理论分析的有效性。结果表明,采用该文优化设计方法,TMDI可降低涡激共振锁定区内高耸烟囱的设计风荷载45%以上。     

多重调谐质量阻尼器参数优化的一种改进算法及其应用

提出了一种抑制主系统风振响应为主兼顾质量调谐阻尼器(TMD)子系统相对位移响应的参数优化算法,据此对控制九江桥吊杆风振的多重调谐质量阻尼器(MTMD)系统的参数优化设计进行了研究,结果表明:按通常以主系统响应最小为目标的MTMD参数优化算法所得的参数,TMD子系统的相对位移响应过大,其构件易疲劳损伤,影响减振效果,增加维护成本。按改进后的优化算法,可获得更合理的结果。     

高层建筑抗风优化设计和风振控制相关问题研究

高层建筑由于自振周期长、阻尼小,其高柔的特征使其对风荷载特别敏感,风荷载是沿海地区超高层建筑的主要水平控制荷载,因此在强/台风作用下,其抗风设计须在满足规范安全要求的前提下,同时又要经济实用和结构性能高效,为此,开展高层建筑抗风优化和风振控制方面的研究具有十分重要的现实意义。该文在对高层建筑抗风优化设计和风振控制研究现状做简要介绍的基础上,首先根据风荷载的特点,着重研究了考虑风速风向联合概率分布和基于可靠度及性能化的高层建筑抗风设计方法,采用最优准则法,以结构的总重或总造价为目标函数,以顶部位移、层间侧移以及顶部风致加速度为约束条件,对高层建筑结构杆件截面抗风优化设计的相关问题进行了研究。同时为提高基因遗传智能优化算法的收敛速度和获得最可能优化解,该文提出了传统基因遗传的改进算法(如基于改进罚函数及分级遗传算法)用于结构抗风优化设计。在结构拓扑抗风优化方面,则主要引入分层优化的概念,对变密度法和改进动态进化率的双向渐进拓扑优化方法,应用于抗风结构的拓扑构型优化算法进行了相关研究。通过实例分析验证了上述结构抗风优化算法的高效和正确性。在风振控制方面,该文结合摩擦摆系统和调谐质量阻尼器各自的优点,提出了摩擦摆调谐质量阻尼器(FPS-TMD)被动控制系统,对其力学和动力特性,以及高层建筑顶部带FPS-TMD系统的风振控制理论,进行了相关研究。以结构控制第三代Benchmark模型为实例,研究顶部带FPS-TMD系统的高层建筑风振控制效果,同时结合该文开发的基于小型电振动台的实时混合实验测试平台,采用风振控制实时混合实验结果与理论模拟计算结果的对比,验证了该文提出的FPS-TMD被动控制系统,应用于高层建筑风振控制的有效性。     

高层建筑风振控制的复模态随机反应分析

本文探讨受斜拉弹簧阻尼器模型装置(CTSD)控制的高层建筑结构在顺风向脉动风激励下的随机风振反应问题.文中将高层建筑和CTSD控制机构作为一个整体的耦合体系.同时考虑体系阻尼的非正交性,建立了一种以复模态组合为基础的新的随机反应分析方法——复模态状态空间法;导得了受控体系状态反应以及结构各层反应统计解的统一表达式.通过对框架型高层建筑的实例计算以及与非耦合实振型反应结果的比较表明,该方法是很有理论和实用价值的.     

核筒悬挂建筑结构体系的顺风向风致响应分析

核筒悬挂建筑结构是一种新型的高层建筑结构体系,其风致响应的研究很少.模拟了B类地貌下的风速时程,并转化为作用在结构上的风荷载时程;利用有限元软件ANSYS建立了结构计算模型,进行了结构水平顺风向风振响应分析,并与悬挂非减振结构进行比较,给出了阻尼器参数优化结果.分析结果表明,在水平顺风向风荷载作用下,核筒悬挂减振结构与...     

高层建筑MTMD风振控制的参数优化

对高层建筑MTMD(多调质阻尼器)风振控制的参数优化进行了研究。在保证模态参数基本不变的前提下，将高层建筑的三维有限元模型简化为一维多层剪切模型。推导了在高层建筑任意一层或多层上安装TMD后，其频域空间传递函数的显示表达，获得了高层建筑在风载荷作用下的随机响应．并采用遗传算法对MTMD进行参数优化。最后．给出了对香港某高层建筑进行MTMD参数优化的算例。     

颗粒碰撞阻尼动力吸振器的设计及实验研究

将颗粒碰撞阻尼器和动力吸振器相结合,提出一种颗粒碰撞阻尼动力吸振器设计概念,该吸振器由一个装有碰撞颗粒材料的盒体和一个弹性元件组成,碰撞颗粒在盒体运动时发生碰撞而消耗能量。以一个五层的楼房框架模型为振动抑制对象,对其吸振性能进行了实验研究,并与相同质量的经典单质块动力吸振器的抑振效果进行比较。实验结果表明,所设计的颗粒碰撞阻尼动力吸振器扩展了经典的单质块动力吸振器的工作频率范围,对宽频带随机激励的振动响应具有良好的抑制效果,这种颗粒碰撞阻尼动力吸振器设计思想可以应用于高层建筑的地震和风振响应控制。     

某千米级摩天大楼的风振控制研究

以中国建筑总公司提出的拟建千米级摩天大楼为研究对象,运用有限元软件ANSYS进行了风振分析,计算结果表明风向角330°为结构位移响应的最不利风向,0°为结构扭转角位移以及舒适度响应的最不利风向。从数值上看,结构的层间位移角以及位移比极值超过了规范要求,为此采用了质量阻尼器和黏滞阻尼器对结构进行风振控制研究。针对两种控制方法,分别设计了相应的控制方案,考察了包括阻尼器参数,个数以及布置形式等相关因素对于控制效果的影响。据此给出对千米级结构风振控制的建议,为以后类似结构的风振控制设计提供参考。     

高层建筑结构的风荷载模拟及风振控制

针对高层建筑在风荷载作用下振动反应较大的问题,提出应用MR阻尼器对该结构体系进行风振控制的方法.首先在明确风荷载特征的基础上,采用Davenport风速谱并根据Shinozuka理论,应用简谐波叠加法分别模拟了脉动风速和脉动风压时程曲线,求出了该风谱的功率谱密度和相关函数,通过与实测相关曲线比较,验证了所述方法的有效性.最后建立了MR阻尼器的力学模型,选用半主动控制的准最优控制算法,提出一种改进的"开关"半主动控制策略,使MR阻尼器的出力近似等效于主动控制的最优控制力.结合某12层框架结构,利用数值分析方法对其风振反应进行了计算机模拟,结果表明此方法有效地减小了结构的动力反应,减振效果良好.     

多塔斜拉桥风致抖振响应的粘滞阻尼器控制研究

以六塔斜拉桥型的嘉绍大桥为工程背景,基于ANSYS瞬态动力学分析功能进行了嘉绍大桥风致抖振响应的非线性时域分析,在此基础上研究了采用粘滞阻尼器的多塔斜拉桥结构减振控制效果。研究结果表明:1) 多塔斜拉桥主梁和桥塔风振控制存在最大减振率,阻尼指数α愈小,最大减振率对应的阻尼系数c也愈小;2) 嘉绍大桥主梁跨中处设置刚性铰使主梁横桥向抖振响应显著增大,设置粘滞阻尼器后主梁中跨横向位移的最大减振率达到近50%;3) 嘉绍大桥采用次边塔与主梁固结的部分约束体系,使得次边塔的塔底内力明显大于其余塔的塔底内力,设置粘滞阻尼器后次边塔塔底内力的最大减振率达到近55%;4) 设置粘滞阻尼器使得多塔斜拉桥各塔和各梁跨的风振响应幅值趋于一致。因此,对于抖振响应相对较小的塔和梁跨其减振效果相对较小。