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。     

地震作用下填充墙MTMD减震结构频域响应分析

将传统结构中填充墙与主体承重结构以刚度及阻尼元件连接,形成调谐质量减震（TMD）系统,通过在主结构中布置多榀TMD填充墙,构成多重质量调谐减震（MTMD）结构体系。为研究地震作用下该减震结构动力响应规律,合理设置各TMD与主结构连接件的力学参数,将主结构简化为串联多自由度模型,分析非耦合控制作用时主结构稳态响应频域传递函数及影响因素,并通过结构1/3比例模型振动台试验进行验证。结果表明,仅在三层设置填充墙TMD时,各层柱顶幅频响应曲线呈双峰特征,加速度峰值越小,填充墙TMD的调频作用越显著;而在二、三层同时设置填充墙TMD,输入地震波加速度峰值不同时,TMD调频作用亦不同。因此,填充墙TMD频域响应与T摘 要：将传统结构中填充墙与主体承重结构以刚度及阻尼元件连接,形成调谐质量减震（TMD）系统,通过在主结构中布置多榀TMD填充墙,构成多重质量调谐减震（MTMD）结构体系。为研究地震作用下该减震结构动力响应规律,合理设置各TMD与主结构连接件的力学参数,将主结构简化为串联多自由度模型,分析非耦合控制作用时主结构稳态响应频域传递函数及影响因素,并通过结构1/3比例模型振动台试验进行验证。结果表明,仅在三层设置填充墙TMD时,各层柱顶幅频响应曲线呈双峰特征,加速度峰值越小,填充墙TMD的调频作用越显著;而在二、三层同时设置填充墙TMD,输入地震波加速度峰值不同时,TMD调频作用亦不同。因此,填充墙TMD频域响应与TMD布置方式及输入地震波加速度幅值有关,结构系统调频控制作用会受输入地震波加速度峰值影响。     

基于多模态耦合颤振理论桥梁颤振MTMD控制鲁棒性分析

基于多模态耦合颤振理论和结构的固有模态坐标,导出带有多重调谐质量阻尼器(MTMD)桥梁系统颤振运动微分方程。通过将系统广义位移和速度作为状态空间向量,进一步将系统颤振运动微分方程转化为状态空间方程,最后将带MTMD桥梁颤振问题归结为数学上一个非对称实矩阵的广义特性值问题,并编制了多模态耦合颤振MTMD控制和参数分析程序。以崖门斜拉桥为算例,分析了MTMD对桥梁颤振控制的有效性和鲁棒性,计算结果表明与传统TMD相比,MTMD具有更高的鲁棒性。     

基于能量的大跨屋盖结构共振响应模态耦合效应分析

提出一种简单判别共振响应模态耦合效应的分析方法,该方法综合考虑结构的动力特性和风荷载特性,定义了共振响应模态耦合系数。依据该系数,通过几个特征参数(如结构模态和风荷载信息)就可以快捷的判断模态间共振响应耦合效应强弱,实现对共振响应耦合主导模态的选取。在此基础上,给出了大跨屋盖结构考虑模态间耦合效应的共振响应实用组合方法。最后,将该方法用于国家体育场屋盖结构风致动力响应分析,验证了其有效性。     

三塔斜拉桥抖振的耦合行为研究

三塔斜拉桥较为柔性,振动模态较为密集,对风更为敏感。以京沪高速铁路南京长江大桥为工程背景,基于多模态耦合振动分析理论,对三塔斜拉桥抖振的耦合性能进行了研究。分别采用多模态耦合抖振分析方法和非耦合的单模态SRSS(Square Root of Sum of Squares)方法对结构在设计风速下的抖振响应进行了分析,将两种分析方法所得抖振响应的均方根及功率谱密度函数进行比较。为明确模态间的耦合关系,进一步分析了结构抖振响应随参与分析模态数的变化情况。分析结果表明:三塔斜拉桥抖振响应存在明显的多模态耦合效应,模态间的耦合作用将增大结构的抖振响应。对于大跨度桥梁的精细化分析,抖振的耦合行为不容忽视。     

考虑人-结构相互作用的楼盖振动控制研究

探讨了采用多重调谐质量阻尼器(MTMD)系统对楼盖考虑和不考虑人-结构相互作用时的振动控制。每个静止的人和调谐质量阻尼器(TMD)都作为单自由度动力系统附加在楼盖控制模态上,得出了人-楼盖-MTMD系统耦合振动方程,通过对该方程的傅里叶变换和静力缩聚法,得到了以无量纲参数表示的楼盖加速度响应。运用遗传算法,以楼盖的加速度响应最小为条件对MTMD系统进行优化,得出了对应不同MTMD系统质量比和楼盖阻尼比的无量纲设计参数(频率比和阻尼比)。通过对不考虑和考虑人-楼盖相互作用的楼盖减振控制效果进行对比,提出了考虑人-楼盖相互作用的楼盖MTMD系统的设计建议。另外,对MTMD系统由于楼盖模态质量、自振频率以及MTMD阻尼的变化所导致的去谐效应进行了讨论。最后总结了考虑去谐效应的MTMD系统的设计方法。     

TMD在简支箱梁多阶模态振动控制中的应用

为了有效实现对简支箱梁多阶模态参与振动响应的控制,首先通过对箱梁结构进行模态分析确定受控模态,并基于TMD的定点理论及多自由度系统等价质量识别法,得到箱梁结构附加TMD的最优刚度、最优阻尼和最佳附加位置;然后对箱梁结构进行谐响应分析,探讨控制箱梁结构各阶模态振动的TMD在不同质量比下的吸振特性;最后基于列车-轨道-桥梁耦合动力学模型,探讨列车荷载作用下TMD对箱梁结构低频振动的控制效果。结果表明:TMD能够有效吸收箱梁竖向固有频率附近的低频振动能量;TMD的质量比越大,吸振效果越明显;合理的多阶模态TMD组合设置能够有效地控制列车荷载作用下箱梁的低频振动及对应频段桥梁弹簧支座反力向下部桥墩的传递。     

MTMD结构系统中瞬态波的传播

将回传矩阵法引入到MTMD结构系统的瞬态响应分析中,采用经典轴向杆理论和Timoshenko梁理论考虑主体结构构件的轴向和弯曲运动,推导了具有MTMD的平面框架结构系统的回传矩阵列式,研究了结构附加MTMD后瞬态响应的变化及MTMD设计参数对减振效果的影响.计算分析表明,在结构上附加MTMD可以减小结构在承受突加荷载时的瞬态响应,达到振动控制的目的,但取用不同的MTMD设计参数对减振效果有较大的影响.算例同时表明回传矩阵法在求解附加MTMD结构系统的瞬态响应时具有计算精度高、求解代价小等优点.     

含弹性连接和层间流体的双梁结构的耦合振动分析

基于模态分析理论研究了内部有弹性连接和层间流体的双梁结构的耦合振动。按梁的对称和反对称模态分别讨论系统的耦合振动,其中对称模态和反对称模态分别采用余弦级数和正弦级数展开,并根据线性叠加原理获得耦合系统的频域响应。给出了结构受单点激励时的频响函数、固有频率、梁的模态振型以及共振状态下流体中的压力分布,并与有限元分析结果相比较,结果显示两者相当吻合。在此基础上,讨论了弹簧刚度和梁间距对耦合系统振动特性的影响。     

两端剪力薄膜支撑圆柱壳体的点导纳特性

针对两端剪力薄膜支撑各向同性圆柱壳体的动力响应问题,基于多种经典薄壳理论及模态叠加原理,考虑到非径向振动惯性项的贡献,同时计入正余弦模态的响应,推导了圆柱壳体同时受简谐集中力与力矩激励下的力导纳、力矩导纳以及耦合导纳的完整解析表达式。算例表明,圆柱壳体运动方程中的非径向振动惯性项对各阶模态及导纳幅频的预估精度影响显著;耦合导纳实部具有可负性规律,对输入壳体的振动能量起着重要作用。旨在为两端剪力薄膜支撑圆柱壳体结构的减振降噪和以其为支承基础的主被动隔振系统的设计提供理论指导。     

MTMD系统抗震控制研究

MTMD利用一组频率分布在结构被控模态频率周围的单TMD控制结构的振动,它可以克服单TMD控制效果不稳定,适用激励频带过窄的缺点。研究了多自由度结构附加MTMD后的频率响应特性,计算了不同频谱特性的地震激励下MTMD系统的时程响应。通过计算和分析表明,MTMD系统可以增大单TMD抗震控制的适用范围,增强控制效果的鲁棒性;MTMD系统的设计需考虑结构所处的建筑场地条件,并应根据结构的具体情况优化选择MTMD系统的参数。     

非同轴刚度偏心高层建筑平-扭耦合风振响应的研究

提出了分析非同轴刚度偏心结构风振响应的基本框架。第一，建立了两层6个自由度（6DOFs）非同轴刚度偏心结构的动力方程。第二，将建立的动力方程扩展至多层（大于两层）非同轴刚度偏心结构情况。第三，基于顺风向、横风向及扭转风荷载功率谱，并考虑横风向与扭转风荷载间相关性及模态响应间耦合，建立了非同轴刚度偏心结构风致平-扭耦合响应的分析方法。最后，以15DOFs结构为例，通过设置结构不同刚度偏心，数值研究了非同轴刚度偏心对结构风致平-扭耦合响应的影响。     

基于Kanai-Tajimi/Clough-Penzien模型时MTMD的动力特性

研究了由许多刚度和经保持常量且频率呈线性分布的TMD形成的MTMD的地震特性，基于虚拟激励法和Kanai-Tajimi及Clough-Penzien地震谱，建立了结构－MTMD系统的传递函数和动力放大系数（DMF），于是MTMD的优化准则定义为Min.Min.Max.DMF。通过最优搜寻得MTMD的最优频率间隔，平均阻尼比，调谐频率比和相应的控制有效性指标，考虑结构受控频率与场地上卓越频率比的不同取值，研究场地上卓越频率对MTMD最优参数及有效性的影响。     

MTMD控制非对称结构扭转振动的最优位置

研究了用两组相同的MTMD来控制非对称结构扭转振动的最优位置。MTMD具有相同的刚度和阻尼系数但不同的质量。基于导出的设置MTMD时结构扭转角位移传递函数,建立了扭转角位移动力放大系数解析式。MTMD最优参数的评价准则定义为:结构最大扭转角位移动力放大系数的最小值的最小化。MTMD的有效性评价准则定义为:结构最大扭角转位移动力放大系数的最小值的最小化与无MTMD时结构最大扭转角位移动力放大系数的比值。基于定义的评价准则,研究了标准化偏心系数(NER)和扭转对侧向频率比(TTFR)对不同位置MTMD最优参数和有效性的影响。     

基于位移响应控制时不同激励下MTMD性能的比较研究

基于结构的位移响应控制，导出了四种类型激励下设置MTMD结构的位移传递函数。于是MTMD的最优参数评价准则可定义为设置MTMD结构最大位移动力放大系数最小值的最小化。MTMD的有效性评价准则定义为设置MTMD结构最大位移动力放大系数最小值的最小化与未设置MTMD结构最大位移动力放大系数之比值。数值结果表明，四种激励下MTMD的最优平均阻尼比、鲁棒性和有效性近似相同。然而，MTMD的最优调谐频率比有明显的不同。     

基于结构加速度响应控制时不同激励下MTMD性能的比较研究

基于结构的加速度响应控制，导出了四种类型激励下设置MIMD结构的加速度传递函数。于是MTMD的最优参数评价准则可定义为设置MTMD结构最大加速度动力放大系数最小值的最小化。MTMD的有效性评价准则定义为设置MTMD结构最大加速度动力放大系数最小值的最小化与未设置MTMD结构最大加速度动力放大系数之比值。数值结果表明，四种激励下MTMD的最优平均阻尼比、鲁棒性和有效性近似相同。然而，MTMD的最优调谐频率比有明显的不同。     

MTMD对结构刚度和质量参数摄动的鲁棒性

基于结构刚度和质量的摄动，建立了设置MTMD结构的传递函数。于是MTMD的优化准则可定义为设置MTMD结构最大动力放大系数的最小值的最小化。根据结构摄动而质量不摄动与结构质量摄动而刚度不摄动两种情况，讨论了MTMD的有效性变化趋势。数值分析表明，可以设计有效性与TMD相当但鲁棒性高得多的MTMD。因此，MTMD适用于控制频率变化的结构振动。     

MTMD在钢箱梁悬索桥高阶涡激振动控制中的应用

摘要：大跨度悬索桥模态密集,常遇风速下存在多个模态发生涡激共振的可能。鉴于多重调谐质量阻尼器(MTMD)在减振效率和鲁棒性方面的优点,探讨了MTMD理论在大跨度钢箱梁悬索桥高阶竖向涡激振动控制中的应用。首先从Scanlan线性涡激力模型出发,在不考虑气动刚度项和气动阻尼项的条件下得到安装MTMD后的加劲梁位移频响函数。然后以加劲梁位移频响函数峰值极小值为目标函数,运用基于Matlab的遗传算法完成MTMD方案的初步参数优化设计。最后,从结构固有频率波动和结构固有阻尼比变化两方面讨论了MTMD的控制效率和鲁棒性。计算结果表明,在MTMD的初步参数优化设计中忽略气动刚度项和气动阻尼项是可行的,适当扩大MTMD的频率范围和阻尼比可以使其在减振效率和鲁棒性上达到更好的平衡,比传统调谐质量阻尼器（STMD）更适合悬索桥涡激振动控制。     

基于任意整数的多重调谐质量阻尼器

由于中心自振频率的设置,至今研究的多重调谐质量阻尼器器(MTMD)都是由奇数个调谐质量阻尼器 (TMD)所组成。放弃中心自振频率的设置,提出了基于任意整数的多重调谐质量阻尼器。多重调谐质量阻尼器可由任意奇数个或偶数个调谐质量阻尼器组成。使用建立的结构MTMD系统传递函数,定义了结构和MTMD的动力放大系数(DMF)。MTMD最优参数和有效性的评价准则于是可定义为结构最大动力放大系数的最小值的最小化(MIN．MIN． MAX．DMF)。而MTMD冲程的评价准则定义为MTMD中每个TMD最大动力放大系数的最大值。根据定义的评价准则,评价了基于任意整数MTMD的控制性能(包括MTMD的冲程评价)。