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。     

非线性结构利用摩擦阻尼器振动控制的优化设计

研究了强烈地震作用下非线性结构中摩擦阻尼器的参数优化问题。非线性结构的恢复力和摩擦阻尼器的滞回特性分别用连续的Bouc-Wen模型表示,利用遗传算法以相对性能指标为目标函数对阻尼器的参数进行优化,比较了不同地震波下摩擦阻尼器的减震效果。取一个八层结构为例进行计算,结果表明,摩擦阻尼器能有效地减小非线性建筑结构在强烈地震下的响应,Bouc-Wen模型能够较好地模拟摩擦阻尼器的滞回性能,使用遗传算法优化后摩擦阻尼器的参数,提高了结构的减震效果。     

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。     

模块化建筑阵列多调谐质量阻尼系统的实现与减震研究

基于建筑模块化和悬挂楼板减震的原理提出了悬挂楼板模块体系(modularized suspended floors system, MSFS)。利用楼板作为质量块,组成分布阵列式多调谐质量阻尼器(distributed array multiple tuned mass dampers, d-array-MTMDs)系统。通过输入32条远场和近场地震动记录进行时程分析,对平均调谐频率比η、调谐频带宽度系数β、调谐阻尼比ζ_T、TMD数量n以及主结构层数N,共5个参数展开研究。结果表明：d-array-MTMDs的减震效果优于普通MTMDs系统;ζ_T对系统减震性能影响较小,当η为0.7～1.0、β为2.0时,系统具有更好的减震效果;当n大于某阈值时,系统的减震效果趋于稳定,阈值与η线性正相关,与ζ_T非线性负相关。随着模块建筑层数的增加,系统也能维持较好的减震效果。     

框架结构线性黏滞阻尼器双目标同步优化布置研究

在结构减震设计中,寻找最佳的阻尼器布置方案使减震效果最大化是一个至关重要的问题。用状态空间法描述在地震作用下布置线性黏滞阻尼器的减震系统,求解结构动力响应。采用基因属性保留遗传算法对减震系统进行编码,引入并列选择法对两个性能目标进行处理,可以实现阻尼器的双目标同步优化布置。将本文与已有研究成果的多层及高层框架阻尼器优化布置方案进行对比,双目标同步优化方法在改进原结构响应目标（如层间位移）减震效果的同时,还可以改善其他种类结构响应（如楼层加速度）的减震效果,使得减震结构具有更加优越的综合结构性能。双目标同步优化方法可以高效处理双目标的阻尼器同步优化问题。     

一种内部碰撞型三质量阻尼器试验验证及数值模拟分析EI北大核心CSCD

提出了一种新型控制装置——碰撞型三质量阻尼器(vibro-impact tri-mass damper,VITM),该装置基于三类质量阻尼器发展而成,包含一个调谐质量阻尼器、一个非线性能量阱,以及位于两者之间的自由质量,中间质量可与两侧质量发生碰撞。首先,介绍VITM工作原理,建立运动方程和碰撞模型;其次,实施动力试验,验证VITM理论模型的准确性;最后,通过数值模拟方法对VITM的耗能特点、参数影响、频率和能量鲁棒性,以及减震性能展开研究。分析结果表明:VITM主要依靠碰撞耗能,减振效果显著,无需再增设阻尼装置,且碰撞发生在装置内部,不会增加受控结构加速度;同时,VITM较已有装置具备更强的频率和能量鲁棒性,在脉冲型荷载和地震作用下均展现出优越的控制性能,为工程结构减震提供了新方法。     

黏滞阻尼器-基础隔震混合体系优化研究

针对隔震层设置黏滞阻尼器的基础隔震结构,提出了非支配排序遗传算法-Ⅱ(NSGA-Ⅱ)的黏滞阻尼器的参数多目标优化方法。采用Bouc-Wen模型模拟隔震层的力-变形行为,建立受控结构运动方程,并进行非线性时程分析,选用隔震层位移及上部结构顶部相对隔震层位移为优化目标,采用NSGA-Ⅱ遗传算法优化得Pareto最优前沿解集。以某六层基础隔震结构为例进行数值分析,通过分析隔震层振动响应的快速傅里叶变换(FFT)谱及反应谱,以及通过调整优化目标的约束条件及参数的优化范围,利用NSGA-Ⅱ算法获得了较为集中的阻尼器参数分布,然后通过其它地震波验证了黏滞阻尼器的减震效果。结果表明,优化所得阻尼器能有效减少了隔震层的位移;当优化所得阻尼器对上部结构地震响应不利时,可通过降低阻尼器的减震效果使上部结构地震响应控制在合理范围内;不同地震波作用下阻尼器减震效果存在差异,在第一周期范围内,当隔震层的激励频率趋向低频时,阻尼器对隔震层位移控制效果越好;阻尼器减震效果与隔震层的附加阻尼有关,提供过大的附加阻尼比对上部结构较高阶动力反应不利;设计者基于隔震层位移控制的阀值及缩小的阻尼器参数优化范围,可获得应用于实际工程的阻尼器参数。     

地震作用下相邻结构间阻尼器的优化参数研究

对地震作用下相邻结构间连接阻尼器的优化参数理论表达式的适用性作了详细的研究,分别为粘弹性阻尼器和粘滞流体阻尼器。共有两种减震控制目标,使主结构的平均相对振动能量最小和使两相邻结构的总平均相对振动能量最小。采用虚拟激励法,研究了小震作用下结构处于线弹性状态时阻尼器的优化参数取值,详细分析了结构模态阻尼比和场地条件的变化对阻尼器优化参数的影响;采用时域和频域分析方法,研究了强震作用下结构处于弹塑性状态时阻尼器的优化参数值,并与理论值进行了对比。结果表明,结构模态阻尼比和场地条件的变化对阻尼器的优化参数影响很小;结构处于弹塑性状态时阻尼器的优化参数值与结构处于线弹性状态的取值相差不大,均与理论值比较接近,该结论对于阻尼器的优化参数理论表达式的应用非常有利。     

多重调谐冲击阻尼器的多目标优化设计研究EI北大核心CSCD

为开发减震性能良好的新型阻尼器,将颗粒阻尼器与多重调谐质量阻尼器(multiple tuned mass dampers,MTMD)相结合,提出一种新型的多重调谐冲击阻尼器(multiple tuned impact dampers,MTID),并对其减震性能进行了优化和对比研究。首先,提出MTID应用于实际工程结构时基于性能的多目标优化设计方法及流程;然后,基于一个20层Benchmark结构,进一步分析了传统设计和优化设计MTID的振动控制性能;最后,对比研究了MTID和MTMD的最优减震性能及工作行程。研究表明,MTID需要一定的启动时间以高效发挥减震性能,待其启动后,可显著减小主体结构的动力响应;优化设计的MTID相比于传统设计具有更优异的减震性能,进而可显著减小主体结构在大震作用下的塑性变形和非线性损伤;MTID和MTMD的最优减震性能较为接近,但MTID的工作行程更小。     

粘弹性阻尼器的优化布置研究

粘弹性阻尼器（VED）是一种十分有效的耗能减震装置。本文介绍了粘弹性阻尼器的耗能减震原理和性能，以及粘弹性阻尼器的两种布置方法。通过一常用实例进行分析，得出了三种情况下的地震反应，证明了粘弹性阻尼器对结构地震响应控制的有效性，并对比了粘弹性阻尼器的两种布置方法的减震效果。     

粘滞阻尼器拱桥结构减震控制研究

基于现代控制理论,将设有粘滞阻尼器耗能支撑的拱桥减震结构看作一控制系统,利用MATLAB中的SIMULINK工具箱对拱桥减震结构进行动态仿真分析,研究粘滞阻尼器参数选择以及在受到地震激励作用下该被动减震系统用于拱桥的减震效果。对粘滞阻尼器采用简化M axwell模型,就其阻尼器的阻尼系数、速度指数等参数的取值进行了详细的模拟计算与分析,证实对于算例中的拱桥结构所采用的粘滞阻尼器计算模型,在一定范围内,速度指数取0.6~0.9之间,结构反应最小。拱桥减震结构动态仿真分析结果表明:安装了粘滞阻尼耗能支撑的拱桥地震动力反应有较明显地减小。     

弹塑性钢阻尼器对中等跨径斜拉桥横桥向减震效果的振动台试验研究

为了研究弹塑性钢阻尼器对中等跨径斜拉桥横桥向的减震效果,该文以某一典型中等跨径混凝土斜拉桥为研究对象,设计了1/20全桥试验模型,通过改变塔梁、墩梁横桥向的连接方式,建立了固结体系和采用弹塑性钢阻尼器的减震体系两种试验模型,采用Chi-Chi波和场地人工波进行了横桥向四台阵全桥振动台试验。试验结果表明:相对于固结体系而言,横桥向采用弹塑性钢阻尼器的减震体系利用弹塑性钢阻尼器良好的滞回耗能性能,可以有效地减小塔顶位移和塔底应变,具有良好的减震效果,是合理的抗震体系之一。     

黏滞阻尼器耗能增效减震系统理论及试验研究

鉴于传统消能减震系统在层间位移较小时耗能效率有限,介绍了一种带位移放大装置的黏滞阻尼器增效减震系统,可通过放大阻尼器的相对变形提升系统耗能能力。基于该系统变形受力特性构建了其耗能增效及高阶效应力学模型,发现在阻尼器拉伸和压缩变形过程中存在不对称现象,进一步讨论了模型参数对力学性能的影响规律。设计制作了试验模型,并完成了在正弦荷载的作用下的往复加载试验。通过对比试验结果与理论曲线验证了理论力学模型的正确性,并通过试验探讨了频率相关性与疲劳性能。最后针对某框架?剪力墙减震结构进行地震响应分析,结果表明较少数量的带位移放装置的黏滞阻尼器增效减震系统可实现数倍普通阻尼器的增效减震效果。     

颗粒阻尼器布置方案对其减震效果影响研究

为明晰建筑结构用颗粒阻尼器布置方案对其减震控制效果的影响规律。以某1∶30比例缩尺钢筋混凝土框架结构为研究对象,设计制作了可用于缩尺模型的刚性连接颗粒阻尼器,结合建筑结构减震需求,对颗粒阻尼器的布置方案进行了设计,通过振动台试验研究了布置位置和阻尼器数量等参数对颗粒阻尼器减震控制效果的影响。结果表明:颗粒阻尼器布置位置处的结构均方根位移响应和峰值位移响应均有所降低,阻尼器减震控制效果良好;阻尼器布置位置对颗粒阻尼器减震控制效果影响显著,阻尼器宜布置于结构位移响应较大的位置,合理的阻尼器布置方案能够有效地控制结构的扭转响应;随附加颗粒阻尼器数量的增加,颗粒阻尼器对结构位移响应的减震控制效果提高,建筑结构可用附加质量比范围内,阻尼器布置数量越多,减震控制效果越好。     

两相邻结构地震动响应被动优化控制的比较研究

探讨了运用被动的控制装置减轻相邻结构地震动响应的机理,比较了在不同的地震波作用下粘弹性阻尼器和流体阻尼器的减震效果。将两相邻结构简化为两单自由度体系,用Voigt模型模拟连接两相邻结构的粘弹性阻尼器,用Maxwell模型模拟连接两相邻结构的流体阻尼器,分别导出了在地面白噪声激励下主结构平均振动能量最小或两相邻结构总平均振动能量最小这两个控制目标下粘弹性阻尼器与流体阻尼器的优化参数的一般表达式。运用具有不同频谱特性的三类相邻结构在ElCentro1940NS,Kobe1995和唐山地震波作用下的数值结果比较了这两种被动阻尼器的减震效果,详细讨论了导致不同控制效果的原因。     

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。     

大跨度拱桥磁流变阻尼器减震控制

对拱桥这种大型结构在地震激励作用下实施减震控制是提高结构安全性的重要途径。为实现磁流变阻尼器在拱桥振动控制中的应用，提出在拱桥上设置磁流变阻尼器的减震控制方案。以改进的现象模型作为磁流变阻尼器的计算模型，采用LQG控制器一基于Sign函数的半主动控制算法，建立拱桥结构一磁流变阻尼器控制系统。最后，建立一平面拱桥模型，对该拱桥采用磁流变阻尼器进行减震控制分析。仿真分析结果表明通过合理地设计控制策略，拱桥磁流变阻尼嚣半主动控制可使拱桥地震反应取得良好的减震效果，而且半主动控制效果明显优于被动控制。     

双重惯质调谐质量阻尼器的参数优化与振动分析

为研究惯质耦合布置对于调谐质量阻尼器(TMD)减振性能的影响，提出一种新型的被动控制装置，即双重惯质调谐质量阻尼器(DTMDI)。将DTMDI布置在单自由度主结构上，对振动系统分别开展了H_∞优化与H₂优化，得到两种优化方法下最优调谐参数的解析解形式。在参数优化分析的基础上，比较分析了DTMDI与三种已有的被动控制装置(TMD、TMDI和TIMS)的减振效果。研究结果表明，惯质耦合布置不会提升TMD的工作性能；当主结构的阻尼比被忽略时，减振效果从高到低依次为：TMDI>DTMDI>TMD>TIMS。提出的DTMDI具有较好的减振效果。     

主动调频阻尼器的参数优化研究

本文考虑了主动调频阻尼器的主动性的特点 ,推导了主动调频阻尼器 (ATMD)的参数优化公式 ,并以结构位移方差作为控制效果的指标 ,结果表明用基于本文的优化参数方法设计的控制器的控制效果比直接应用被动调频阻尼器 (TMD)的优化参数设计的控制器的控制效果好     

新型装配墙式质量调谐阻尼器抗震性能研究EI北大核心CSCD

调谐质量阻尼器(tuner mass damper,TMD)是现阶段公认有效的结构振动控制设施,但传统TMD存在占用建筑大量使用空间、增加建造成本、构配件不可更换的问题。该研究设计了一种装配墙式调谐器阻尼器(wall-tuned mass damper,WTMD),该墙体可充分利用传统墙体质量,节约使用空间,装配式的构造可实现TMD参数的调节和配件的及时更换。为了使减震TMD墙具有更好的减震性能,建立了TMD结构耦合运动方程,分析得到其理论参数最优值,并通过对比无控结构和墙式TMD结构的传递函数,对理论减震性能进行验证,最后进行振动台试验进一步验证其减震效果。结果表明,装有新型装配墙式减震TMD的受控结构,自振频率较无控结构有所降低,延长了结构振动周期。减震TMD墙体具有较好的减震作用,且随着加速度峰值增加,减震效果越发明显。