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。     

基于频域分析方法的梁-TMDI系统的振动控制研究

采用调谐质量阻尼器惯性(tuned mass damper inerter, TMDI)对梁结构进行减振控制,推导了地震加速度激励下梁结构位移响应解析式和移动力作用下梁结构位移响应解析式。给出了梁-TMDI系统的最优参数,并进行参数敏感性分析,然后通过数值分析研究了TMDI系统的控制效果,并对比了TMDI系统与调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)系统的减振效果。研究结果表明:由频域法得到的梁结构振动位移响应谱能有效地反映梁结构位移响应;利用增广拉格朗日参数优化法可以准确地获得使梁结构振动响应最小的参数;TMDI系统的敏感性受惯性器控制,惯性器对其鲁棒性影响明显;TMDI系统减振性能明显优于常规TMD系统。     

振动控制研究中的小波包降噪处理

在土木结构振动控制研究中,通常采用人工地震波或实测地震波进行输入,这些地震波往往受到椒盐噪声、脉冲噪声、高斯噪声等多种高频噪声的干扰,影响了振动控制研究的效果.提出一种小波包降噪的处理方法,用以降低高频噪声干扰和简化地震波有效特征向量提取.把实测地震波与降噪处理的地震波应用在一般结构主动控制理论研究中,运用LQR控制算法,通过编制计算机程序进行仿真分析.分析结果表明:地震波经降噪处理前后主动控制地震响应变化非常小,控制系统对于实测地震波的干扰成分具有良好的鲁棒性.     

非对称非线性质量阻尼器试验研究及鲁棒性分析

提出一种新型控制装置——非对称非线性能量阱(非对称NES),以解决调谐质量阻尼器(TMD)对主体结构频率敏感和非线性能量阱(NES)对能量输入敏感的问题。非对称NES以一型NES为基础,将非线性弹簧拉离初始位置,加入线性弹簧与之平衡,所得恢复力具有线性和非线性的综合特点。在某缩尺3层钢框架结构上附加非对称NES进行试验,在脉冲型荷载作用下分析两类受控主体结构的结构响应。并使用经试验验证的数值模型,在某6层主体结构上分别附加非对称NES、TMD和一型NES进行数值研究,对比脉冲型荷载和地震作用下的结构响应。分析结果表明,非对称NES控制性能优越,兼备频率鲁棒性和能量鲁棒性,在输入能量和主体结构频率改变时均展现出良好的控制效果。     

负刚度非线性能量阱减震控制性能研究

提出设置含负刚度特性的非线性能量阱（NES）来实现结构地震响应控制,针对典型的单层和双层层模型,在附加质量占主质量5%的限定条件下,对采用负刚度NES、立方NES和经典质量调谐阻尼器（TMD）控制方式的装置参数进行数值寻优,对优化的减震控制性能进行对比分析。结果表明,负刚度NES减震控制性能全面优于已有的立方NES,对主结构动力特性变化的鲁棒性优于TMD,对地震动峰值变化的鲁棒性与TMD相当。应用数值小波变换对体系的地震响应时程进行功率谱分析,揭示了在地震作用过程中,负刚度NES总体上对主结构产生更为显著、更为持续的瞬时内共振俘获行为,因而其减震效率较高,且由于这种瞬时内共振俘获是在多频域上同时展开的,使其减震控制性能具有强鲁棒性。     

TMD-基础隔震混合控制体系在近场地震作用下的能量响应与减震效果分析

基于能量平衡原理对近场地震作用下TMD-基础隔震混合控制体系进行了能量响应分析,研究了不同脉冲周期地震作用下混合控制体系的减震效果。采用Bouc-Wen模型模拟隔震层的非线性力-变形行为,建立了TMD-基础隔震混合控制体系的运动方程和相对能量平衡方程。以某八层基础隔震结构为算例,运用四阶龙格-库塔法和梯形法分别对结构安装TMD前后的非线性地震响应和能量响应进行求解,分析了混合控制体系中输入能量的变化和耗散过程。分析结果表明：以隔震层峰值位移作为控制对象时,TMD的控制效果并不好;从能量的角度来看,TMD对主结构的输入能,特别是隔震层滞回耗能的控制非常有效,这是因为TMD的阻尼耗散了体系中的大部分输入能;不同脉冲周期地震作用下TMD的减震效果差别较大,对TMD最优参数进行求解时应考虑地震动特性的影响。     

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。     

连接Maxwell模型的两相邻结构非线性地震反应分析

对连接Maxwell模型的两相邻高层钢筋混凝土结构进行了大震作用下的非线性地震反应分析,相邻结构的本构模型采用三线型刚度退化模型,推导了连接Maxwell型阻尼器的相邻结构的运动方程,研究了Maxwell阻尼器优化参数理论表达式在结构进入非线性阶段的适用性,并研究了碰撞对相邻结构地震响应的影响,提出了不同地震波激励下阻尼器的优化参数值。分析结果表明:相邻结构进入非线性阶段时需要连接具有更强阻尼耗能能力的阻尼器以控制两结构的地震响应;即便在较小的防震缝宽度下,连接了控制装置后的相邻结构在大震作用下发生碰撞的可能性亦较小。     

非平稳随机载荷下海洋平台振动半主动控制

提出了一种新的变刚度半主动控制方法，采用短时波面特征信息和开环控制策略，由波面特征信息通控制器实时改变TMD的刚度，以达到对系统最优状态的跟踪，克服信号处理系统和作动器的延时可能带来的系统稳定性问题。将一次风暴潮强非平稳过程描述成许多短时的平稳过程，分别以平台上甲板位移、加速度响应最小作为控制作动器优化目标，优化得到控制装置刚度变化的时域过程，实现TMD变刚度对海洋平台甲板加速度及位移的振动控制。在平台顶部甲板安装半主动控制装置后，平台甲板的加速度标准偏差平均降低21％。这种半主动控制装置既有主动控制效果好、适用范围广的性质，又有被动控制装置造价较低、可靠性高的特点。     

动调频液柱阻尼器基于遗传算法的LQR控制优化设计

ATLCD由调频液柱阻尼器(Tuned Liquid Column Damper,TLCD)发展而来,在TLCD液柱端部连接气压控制箱,通过引入控制气压对结构实施主动控制。采用被动TLCD优化设计方法设计阻尼比及频率比,采用LQR算法确定ATLCD系统的主动控制力,并对LQR算法中权矩阵采用遗传算法进行优化。以一五层钢框架结构为例,顶层装ATLCD用LQR算法进行主动控制,加载El-Centro地震波进行时程响应分析,比较无控结构及被、主动控制结构的时程响应结果表明,采用ATLCD的减振效果明显优于采用被动装置。     

考虑土-结构相互作用下不规则建筑振动控制进展

国际上大多被动、主动和半主动控制都是基于结构的动力特性设计的.然而,对于建造于软弱地基上结构,土-结构相互作用(SSI)效应比较强烈,致使土-结构相互作用体系的动力特性发生改变,而这种改变将在很大程度上影响结构振动控制的效果.因此,在结构振动控制设计时,需要定量地考虑SSI的影响.首先,综述了考虑SSI效应研究结构被动...     

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。     

Reliability assessment of MR fluid dampers in passive and semi-active seismic control of structures

In this paper, the reliability assessment of magnetorheological (MR) dampers in reducing structures’ seismic responses is studied. Two passive and semi-active control scenarios are considered and discussed. For semi-active control scenario, the Lyapunov control algorithm is used. In order to minimize the structure’s responses under a given earthquake excitation, an unconstrained optimization problem is first defined and solved via genetic algorithm to find an optimal diagonal matrix in Lyapunov’s control algorithm. The procedure is explained for a three-storey benchmark shear structure equipped with MR damper in all storeys. The structure’s responses reliability for various uncertainties are derived and interpreted based on standard Monte Carlo simulation approach. In the reliability problem, for the limit state function two cases based on human comfort and structural safety criteria are defined and investigated. Furthermore, the most influential uncertain variables and control scenarios on structures’ reliability are identified. Finally, a sensitivity analysis on the coefficient of variations of random variables on the structure’s responses reliability is accomplished. The results show that in the joint event, the MR damper is more reliable for acceleration control rather than drift control in passive control scenario. The aforementioned trend is reversed for semi-active control scenario. Additionally, passive control scenario is more reliable than the semi-active control scenario in reducing maximum acceleration of structure. However, in reducing maximum drift of structure, the values of the reliability in semi-active control scenario are almost similar to passive control scenario.     

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％。     

随机地震作用下TMD等效附加阻尼比研究

针对随机地震作用下TMD给结构提供的附加阻尼比展开研究。随机地震动采用过滤白噪声Kanai-Tajimi功率谱模型,并将Kanai-Tajimi功率谱模型描述的场地过滤效应表示成传递函数形式,进而推导出结构相对于基岩的位移动力放大系数。然后,结合SRSS方法,以结构位移响应均方值作为评价准则,提出了随机地震作用下TMD提供给结构任意阶模态的等效附加阻尼比理论公式。最后,以某景观塔作为工程算例展示了TMD等效附加阻尼比的求解流程,并验证了该等效附加阻尼比公式的有效性。算例分析结果表明,使用等效附加阻尼比指标来评估TMD减震性能是合理有效的,且使用推导的TMD等效附加阻尼比理论公式能更准确地评估TMD对结构位移响应的控制效果。     

Optimal design of a novel tuned mass-damper–inerter (TMDI) passive vibration control configuration for stochastically support-excited structural systems

This paper proposes a novel passive vibration control configuration, namely the tuned mass-damper–inerter (TMDI), introduced as a generalization of the classical tuned mass-damper (TMD), to suppress the oscillatory motion of stochastically support excited mechanical cascaded (chain-like) systems. The TMDI takes advantage of the “mass amplification effect” of the inerter, a two-terminal flywheel device developing resisting forces proportional to the relative acceleration of its terminals, to achieve enhanced performance compared to the classical TMD. Specifically, it is analytically shown that optimally designed TMDI outperforms the classical TMD in minimizing the displacement variance of undamped single-degree-of-freedom (SDOF) white-noise excited primary structures. For this particular case, optimal TMDI parameters are derived in closed-form as functions of the TMD mass and the inerter constant. Furthermore, pertinent numerical data are furnished, derived by means of a numerical optimization procedure, for a 3-DOF classically damped primary structure base excited by stationary colored noise, which exemplify the effectiveness of the TMDI over the classical TMD to suppress the fundamental mode of vibration for MDOF structures. It is concluded that the incorporation of the inerter in the proposed TMDI configuration can either replace part of the TMD vibrating mass to achieve lightweight passive vibration control solutions, or improve the performance of the classical TMD for a given TMD mass.     

基于磁流变阻尼器的汽车悬架控制研究

研究了1/4车辆模型的半主动控制问题,采用一种改进的Bingham模型来描述磁流变阻尼力,研究了系统参数在共振域附近对振幅的影响,最后对比了采用该模型的磁流变阻尼器的被动控制、半主动开关控制以及采用传统阻尼器的被动控制在频域上的隔振效果,结果表明半主动非线性开关控制弥补了非线性被动控制的不足,使得系统在共振区和高频区上都有较好的隔振效果。     

应用MR阻尼器的连续梁桥地震损伤控制方法

基于地震作用下连续梁桥的损伤破坏机理,利用MR阻尼器控制元件,建立了基于桥墩广义水平刚度比的阻尼器出力方案,提出了连续梁桥的非线性地震损伤控制方法。对某一联三跨连续梁桥进行地震损伤控制研究,采用IDA(Increasing Dynamic Analysis)方法对控制前后桥梁结构进行损伤分析,结果表明所提出的控制方法可以有效降低桥梁损伤,并使桥墩损伤趋于均匀,显著提高桥梁的抗震性能;对采用不同控制方案和不同设计传递系数的桥梁进行地震损伤分析,结果表明半主动控制方案对墩梁残余位移和桥墩损伤的控制效果优于PON(Passive On)控制,并且设计传递系数对控制效果影响较大,需合理选用。     

大跨斜拉桥的侧向弯曲抖振及其控制

采用被动控制的传递函数算法，分析了被动调质阻尼器（ＴＭＤ）对长大跨径斜拉桥在悬臂施工和运营状态下的侧向弯曲抖振的控制效率；定义了有效控制域；给出了ＴＭＤ参数的计算公式。分析表明：被动ＴＭＤ对侧向弯曲抖振是一种有效的机械控制手段。     

结构半主动调谐质量阻尼器的发展

简要回顾了土木工程结构调谐质量阻尼器减振的研究。介绍了半主动调谐质量阻尼器(SATMD)的发展动态,包括其控制思想和最优化方法。重点评述了阻尼调整型、刚度调整型和初始条件调整型三种类型的半主动调谐质量阻尼器(SATMD)。指出了单纯的阻尼调整型发展已趋于极限,而刚度调整型和初始条件调整型将是半主动调谐质量阻尼器(SATMD)最有潜力的新方向。同时指出了目前半主动调谐质量阻尼器研究中存在的若干问题。