内置挡板调谐液体阻尼器对高层结构的地震反应控制研究

提出一种新型调谐液体阻尼器--内置横向挡板的调谐液体阻尼器(TLDEB).通过在普通调谐液体阻尼器(TLD)装置中设置横向挡板,使液体绕流时产生附加阻尼来增强其耗能作用,以改善TLD对高层建筑的减振效果.结合经典势流理论以及能量耗散原理推导了TLDEB的等效位移、附加阻尼比,并对其进行了等效线性化.以某实际高层建筑结构作为算例,通过对地面随机激励和地震波激励的数值仿真来验证TLDEB的减振效果.结果表明:TLDEB可有效地增大结构阻尼,具有比普通TLD更优良的减振控制效果.     

调谐液体阻尼器动力响应的数值模拟

根据Fujino等提出的矩形TLD减振基本原理,建立了TLD中液体动水压力的控制方程,并采用有限差分法对矩形浅水TLD液体动水压力进行数值模拟。通过对某四层钢架多自由度结构体系在有TLD与无TLD的情况下分别进行模拟的计算结果比较可知,即使多自由度结构体系振型比较复杂,TLD对其仍具有比较好的减振作用,数值模拟结果与试验研究相符。     

高层建筑地震反应的TLD振动控制

利用调谐液体阻尼器(Tuned Liquid Damper,TLD)对高层建筑地震反应进行振动控制研究.根据Fujino等提出的矩形TLD减振基本原理,建立了TLD中液体动水压力的控制方程,并采用有限差分法对矩形浅水TLD液体动水压力进行数值模拟,然后根据1栋91.0 m的高层建筑实际情况提出几种TLD设计方案,分别对其进行TLD-结构地震作用下的动力分析,比较几种方案的减振效果,确定最佳方案及具体的结构振动控制设计.结果表明,TLD系统对高层建筑地震作用下的加速度反应和位移反应均具有比较好的控制效果.     

高耸钢烟囱环形TLD减振试验与数值模拟

针对高耸钢烟囱环形调谐液体阻尼器(TLD)的减振试验及其数值模拟开展研究。根据高耸钢烟囱模型结构,设计制作了环形TLD试验模型,确定了试验加载和测点布置方案。建立了环形TLD力学模型,并推导了高耸结构环形TLD减振控制的动力分析模型,据此编制了高耸结构环形TLD减振的分析程序。分别开展了模型结构设置纯水环形TLD、附加金属栅格环形TLD和附加泡沫颗粒环形TLD的减振试验,并进行了数值模拟对比分析。研究表明:所编制的程序能够模拟模型结构设置环形TLD减振结构体系的动力响应;当环形TLD调谐频率比为0.9时,减振体系阻尼比超过0.04,减振效果最佳;附加金属栅格或泡沫颗粒,能够提高环形TLD中液体阻尼,耗散振动能量,但随着液体运动受限增加,减振效果有所下降。研究为高耸钢结构环形TLD减振的设计和应用提供了相关数据。     

调谐液体阻尼器(TLD)附加阻尼力的量测

设计一种可以直接测量调谐液体阻尼器的附加阻尼力的实验系统.该系统采用半仿真半实物相结合的方法;结构模型的响应计算在计算机中实现,此部分为数值仿真部分.响应结果输入到由计算机控制的液压作动器,而作动器连接到用于模拟海洋平台甲板振动的移动台,移动台台面上放置TLD实物装置,此部分为实物部分.安装于作动器与振动台之间的力传感器可以测量到液体晃动对结构产生的反作用力.测试在简谐激励下TLD的附加阻尼力,并将测试结果与理论计算值进行比较,验证该系统的有效性.     

用于建筑减震的新型调谐液体阻尼器

首先阐述了调谐液体阻尼器(TLD)的发展历程以及在实际工程中的应用,给出了TLD的基本数学模型,继而针对普通TLD晃动阻尼过小的问题,提出了在水箱中加设格栅板的改进措施。基于浅水理论,在MATLAB中对水箱的晃动数值求解。为了验证改进后的TLD较普通TLD的优势,利用OpenSees建立了一个9层钢结构模型,利用Client-Server技术实现OpenSees与MATLAB的耦合运算,对比普通TLD与设置格栅板TLD的减振效果,指出设置格栅板后TLD具有良好的、可调的减震效果。     

结构控制中圆柱形浅水TLD的研究

本文采用有限元方法对圆柱形浅水ＴＬＤ装置中液体在水平激励下的运动状态进行了分析。给出了相应的数值计算模型与减振力的计算公式。     

附加阻尼网的斜底式TLD减震控制理论与试验研究

为解决传统调谐液体阻尼器(tuned liquid damper, TLD)中有效阻尼偏小、用水量偏大等问题,提出一种附加阻尼网的斜底式水箱调谐液体阻尼器(damping net and sloped-bottom tuned liquid damper, DNS-TLD),将水箱底面倾斜的TLD与阻尼网有机结合,强化水箱内液体晃动,可提供更大附加阻尼比并降低用水量。建立了附加DNS-TLD结构的力学模型,阐述其减震机制,提出了一种简便估算DNS-TLD总等效阻尼比的方法。通过单层钢框架振动台试验,对比分析了附加DNS-TLD及其他不同类型TLD的减震性能。将试验结果与数值模拟结果进行比较,进一步验证减震规律以及各类TLD总等效阻尼比估算方法的准确性。在此基础上,对附加DNS-TLD的10层钢筋混凝土框架结构进行地震作用下的动力时程分析,验证DNS-TLD对实际结构减震控制的有效性。振动台试验与数值模拟结果均表明,DNS-TLD有效结合了斜底式水箱TLD与阻尼网的优点,表现出更优的阻尼性能,相比于其他类型的TLD,其减震效率更高,鲁棒性和工程适用性更强。     

高耸结构物动力分析与振动控制

本文主要研究液体调频减振器(Tuned Liquid Dampers)对结构振动的控制,通过对结构的简化,并采用振型分解法和时程分析相结合的方法,对结构进行动力分析和振动控制效果计算。研制一套适合设计TLD的计算机动力分析程序。计算表明,TLD是一种新颖、结构简单、有效的结构物减振装置。     

池式调谐质量阻尼器的动力分析

定义了池式调谐质量阻尼器(TMD),运用调谐液体阻尼器(TLD)与TMD相结合的方法综合考虑其总体动力效应;同时推导了结构与TMD、TLD以及池式TMD系统的运动方程.以结构物室内游泳池为例,研究了不同池长设计值的池式TMD在风振与地震激励下对结构的控制性能,对比了相应TMD、TLD的控制效果,并运用相位差分析的方法对池式TMD的设置提出了建议.结果表明:池式TMD经优化设计后可取得与普通TMD相近的控制效果,均远优于TLD;同时,池式TMD较普通TMD更经济且更具实用价值.     

单向加劲矩形板面内振动特性分析

采用能量法研究典型边界条件下加劲矩形板的面内自由振动特性。将矩形板、加强筋沿交界面切开,分别采用平面应力理论和欧拉梁理论建立其面内振动的总能量方程,利用第一类Chebyshev多项式构造矩形板的位移试函数,由Rayleigh-Ritz法得加劲矩形板的面内振动特征方程。数值结果表明,本文方法收敛性好,并用本文解验证了有限元软件ANSYS结果的精度。本方法具有计算简单的特点,可以得到任意阶次的固有频率。最后分析了加强筋宽度与板宽比值(b_0/b)对加劲板无量纲固有频率的影响。     

带TLD多层隔震结构的抗震混合控制研究

为进一步减少隔震结构的地震响应,提出调谐液体阻尼器(TLD)与隔震系统联合控制的方法.基于集中质量模型推导出TLD与隔震层联合作用下多层剪切型结构的耦联运动方程,并结合算例进行中震作用下的时程分析.计算结果表明:在设置了隔震层的多层结构体系的顶层增设TLD系统可有效减少主体结构及隔震层的地震位移响应.     

基于ABAQUS的石材幕墙矩形钢立柱抗弯强度与变形计算分析

文章通过理论公式算得某石材幕墙工程中矩形钢立柱的抗弯强度和挠度计算值,并将计算结果与ABAQUS有限元分析软件建立的石材幕墙矩形钢立柱分析模型计算结果相对比,研究了钢立柱受弯状况,验证了采用ABAQUS有限元软件近似计算石材幕墙矩形钢立柱抗弯强度和挠度方法的可行性,为实际工程中复杂石材幕墙钢立柱抗弯强度与变形的计算分析提供了一定的参考价值。     

类岩石材料内置不规则裂纹形状因子分析

脆性岩体中内置裂纹的萌生、扩展和贯通将导致岩体失稳破裂。为研究脆性岩体中内置裂纹的断裂特性,首先,利用室内相似材料模拟试验,验证了1/4节点奇异单元建立的含圆形水平内置裂纹的圆柱体有限元数值模型的正确性与可靠性。其次,为了分析裂纹尖端弯曲程度和裂纹相对试件尺寸对内置裂纹断裂特性的影响作用,定义了相对曲率半径比t和相对尺寸比n,用于描述不规则水平内置裂纹的几何形态。然后,利用圆型和椭圆型内置裂纹数值模型,分别研究了t值与n值对裂纹形状因子的影响规律。在此基础上,综合考虑二者的影响作用,得出了一种适用于计算任意凸曲线型水平内置裂纹形状因子的简易表达式。同时,对该表达式可靠性进行了验证,结果表明,对于圆型、椭圆型、不规则型裂纹,该式计算结果与数值计算结果的误差均小于2%。同时得出,在与极轴夹角约为60°和300°处,文中所述不规则裂纹尖端的应力强度因子值最大,裂纹将率先由此处扩展。研究结果可以为工程或实验中估算内置裂纹岩体的应力强度因子提供参考。     

设置TLD水箱的转运站结构抗震性能研究

针对上部设置消防水箱的转运站结构,将消防水箱设计为调谐液体阻尼器水箱,采用Housner教授提出的集中质量法,利用MIDAS Gen中的连接单元建立TLD水箱减震模型,分析了不同质量比下TLD水箱结构的减震效果。此外,对比设置TLD水箱前后的结构相关地震响应,主要包括结构模态、层间位移、基底反力、塑性耗能,评价了 TLD水箱减震结构在罕遇地震作用下的抗震性能。数值计算结果表明,当TLD水箱质量比介于3.5%～4.0%之间时,通过合理设置水箱尺寸及水深,TLD水箱减震结构的地震响应小于水箱按质量块考虑的结构和无水箱结构,因此,在抗震设计时可不考虑地震时水箱内水晃动所带来的不利影响,可按照无水箱结构进行抗震设计。     

地震作用下高层建筑TLD控制优化设计

对地震作用下高层建筑TLD控制优化设计方法进行了初步探讨.分析了TLD系统对高层建筑振型控制的机理.利用数值迭代法给出了TLD最优参数设计表格,并分析了振型参与系数的影响,为TLD设计提供了参考.给出了地震作用下高层建筑TLD控制设计步骤和高层建筑TLD地震反应控制仿真分析算例.     

高耸结构环形TLD控制的多目标遗传优化设计

针对高耸结构风振控制的优化设计开展研究。首先,根据高耸结构和环形调谐液体阻尼器(Tuned Liquid Damper,TLD)的特点,建立高耸结构环形TLD控制的动力学模型。随后,基于多目标遗传算法NSGA-II(Nondominated Sorting Genetic Algorithm Ⅱ),直接以环形TLD的几何参数为设计变量,以结构响应和阻尼器行程为目标,建立高耸结构风振控制多目标优化设计方法。最后,针对某高耸结构的风振控制问题,编制程序对其进行环形TLD优化设计的研究。研究表明,该方法是一种高效的高耸结构环形TLD优化设计算法,设置种群数和进化代数为30以上,即能够在满足约束条件的前提下快速、有效地得到Pareto最优解集,方便工程师从中选择符合实际需要的最优解并完成设计。     

TLD结构减震控制的数值分析

TLD作为一种有效的被动耗能减震控制方法,其减震规律及其分析设计方法一直较受关注。以往的研究较多依赖于试验,并在试验的基础上发展了简化分析方法。但由于模型受限于有限的试验结果,其应用具有一定的局限性。近年来,随着计算机技术的发展,开展考虑流固耦合的TLD数值模拟分析研究成为可能。首先采用流固耦合分析方法对设置屋顶水箱TLD控制的高层框架结构进行地震反应分析,并与已有试验规律及简化方法进行了对比验证;初步探讨了流固耦合问题的计算及建模,并对其进行了验证,实现了考虑流固耦合的TLD数值模拟,总结了高层框架结构的减震规律;并对太原钢铁集团150t不锈钢炼钢主厂房进行了TLD减震效应分析和设计。结果表明,采用考虑流固耦合的FSI分析方法符合试验规律,物理意义更加明确、直观,用于TLD减震效应分析将是一种趋势,也是对现有分析方法的有益补充。     

高架桥结构振动主动控制算法及其MATLAB仿真实现

探讨了高架桥结构地震反应LQR(Linear Quadratic Regulator)主动控制算法,并利用MATLAB语言编制的程序对高架桥进行了数值仿真计算。提出了在应用该算法进行主动控制MATLAB仿真分析时的实现方法对同一个系统,在EI-Centro、Taft、Tianjin 3种地震激励下进行数值计算。数值结果表明,主动控制技术能够有效地减小高架桥的地震反应。     

国际上基于数值仿真计算金属氧化物避雷器的研究进展

系统综述了基于数值仿真计算技术在金属氧化物避雷器(metal-oxide surge arresters,MOA)研究中的应用发展。共分3个方面:1)基于等效电路模型的数值仿真计算;2)基于电、机械与热的两或多物理量(场)耦合的金属氧化物电阻片(metal-oxide surge varistor,MOV)数值仿真计算;3)整只MOA的电场、温度场或多物理场耦合的数值仿真计算。对于MOV的建模和仿真计算,将来主要的努力方向是改进数学计算模型,以便可以描述ZnO晶界与时间和温度相关的特性。整只MOA的数值仿真计算以及缩尺模型的实验研究正在进行中,并可能成为标准化程序,从而实现安全、可靠的MOA的定制和设计。当今,随着计算机技术的迅猛发展,给我们提供了关于MOA的电场、热场或多物理场耦合的全过程的研究条件,以便更经济地开展MOA的研究和开发。商业化的仿真计算软件能够帮助我们实现高效、经济地计算MOA的特性和工作状态。