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基于tmd阻尼器的纵飘桥梁减震控制研究

基于TMD阻尼器的纵飘桥梁减震控制研究

作者：阮占军中南大学

学位级别：硕士

摘要：纵飘桥梁在外荷载作用下允许主梁纵向摆动,从而起到耗能减振作用。由于该桥型具有纵向无约束的特点,在动力荷载作用下会引起较大的梁端纵向位移,影响桥梁的正常使用,故需要采取合适的控制措施。调谐质量阻尼器(tmd)作为一种原理... 详细信息

摘要：纵飘桥梁在外荷载作用下允许主梁纵向摆动,从而起到耗能减振作用。由于该桥型具有纵向无约束的特点,在动力荷载作用下会引起较大的梁端纵向位移,影响桥梁的正常使用,故需要采取合适的控制措施。调谐质量阻尼器(tmd)作为一种原理清晰、布置方便、形式简单的振动控制手段,在建筑结构领域已经得到了广泛应用,并取得了较好的效果。将tmd应用于结构形式相对复杂的悬索桥结构减震是一种新的尝试。本文以自锚式悬索桥——平胜大桥为工程背景,应用tmd阻尼器来探索地震作用下的减震效果。主要研究内容如下：(1)仔细查阅了国内外桥梁振动控制研究进展及相关成果,在系统总结tmd工作原理和参数优化方法的基础上,提出了tmd的设计方法。(2)应用有限元软件ANSYS,建立了佛山平胜大桥的有限元模型,动力特性分析结果表明,平胜大桥第一阶模态在主梁纵飘振型中参与率最大。采用时程分析方法进行地震响应分析得到了主梁的纵向位移时程,峰值位移较大,需要控制。(3)采用平胜大桥实桥波、Takochi-oki波、El-Centro波、汶川波、Taft波作为不同地震输入,对tmd阻尼器不同安装位置、不同质量比以及不同阻尼比等参数,进行了敏感性分析。tmd的减震效果一般随tmd质量的增加而增大,且与地震频谱特性有关;当质量比一定,存在一个最优阻尼比使结构达到最佳的减震效果。

关键词：纵飘桥梁 tmd阻尼器地震反应分析减震控制

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桥梁自立杆风致振动tmd控制及优化设计

振动与冲击 2008年第6期27卷 70-74页

作者：陈勇宋晓徐光胜楼文娟孙炳楠浙江大学土木系杭州310027 河南大学土木建筑学院开封475004

桥梁自立杆风致振动往往会引起路灯及附属监测设施的损坏,严重时甚至导致灯杆断裂,对其进行风振控制可以避免因常年设施检修引起交通不畅等庞大间接损失。采用tmd阻尼器进行自立杆振动控制已有工程应用,然而相应的阻尼器参数优化设计方... 详细信息

桥梁自立杆风致振动往往会引起路灯及附属监测设施的损坏,严重时甚至导致灯杆断裂,对其进行风振控制可以避免因常年设施检修引起交通不畅等庞大间接损失。采用tmd阻尼器进行自立杆振动控制已有工程应用,然而相应的阻尼器参数优化设计方法尚未得到深入的研究。根据频域分析理论,采用虚拟激励法及詹姆斯公式可以得到安装tmd阻尼器前后的等效阻尼比,通过参数分析得到了阻尼器参数及位置对控制效果影响的优化曲线,采用该曲线就可以得到tmd的最优参数及安装位置。还推导并建立了自立杆-阻尼器系统的耦合风振控制方程,可适用于Newmark-β时程分析方法。选择某一实际桥梁路灯杆,根据优化曲线选取并安装tmd阻尼器,风荷载则采用谐波合成法模拟脉动风速叠加平均风速计算获得,时程分析表明采用tmd阻尼器并结合提出的优化设计方法极大地抑制了自立杆的振动。时域与频域分析结果比较表明二者吻合较好,说明自立杆振动可以采用考虑一阶振动的频域分析结果。

关键词：桥梁自立杆风致振动 tmd阻尼器优化设计方法

大连市民健身中心大跨度悬挑钢结构性能设计及贯通节点分析

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建筑结构 2011年第S1期41卷 773-776页

作者：宋莉邱韶光大连城建设计研究院有限公司大连116011

大连市民健身中心为大跨度悬挑混合结构,即钢管混凝土柱、钢梁+部分混凝土剪力墙结构体系,顶层运动场地面最大悬挑18m,通过交叉桁架与预应力梁实现悬挑部分。网球场上部采用钢骨混凝土预应力结构。采用SAP2000和PMSAP两种程序建立合理... 详细信息

大连市民健身中心为大跨度悬挑混合结构,即钢管混凝土柱、钢梁+部分混凝土剪力墙结构体系,顶层运动场地面最大悬挑18m,通过交叉桁架与预应力梁实现悬挑部分。网球场上部采用钢骨混凝土预应力结构。采用SAP2000和PMSAP两种程序建立合理的模型,对结构进行基于性能的设计分析。在悬挑桁架端部增设tmd阻尼器,降低振动加速度,满足楼板舒适度要求。采用ABAQUS有限元分析软件,分析悬挑桁架与钢管混凝土柱相交节点应力分布,保证大震弹性。

关键词：大跨度悬挑性能化设计交叉桁架预应力梁 tmd阻尼器

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登机桥人致振动舒适度分析

建筑结构 2023年第S01期53卷 819-824页

作者：郭永健陈超王强明杨庆龙中富蔡海东中建三局科创产业发展有限公司武汉430064

登机桥是衔接登机连廊与飞机舱门的重要设施。登机桥通常包含起升段、下降段以及狭长的通道,登机桥通道的起伏变化将影响旅客步行的频率。当旅客行走的频率和登机桥结构自振频率接近时,二者容易出现共振现象,导致结构安全隐患并影响旅... 详细信息

登机桥是衔接登机连廊与飞机舱门的重要设施。登机桥通常包含起升段、下降段以及狭长的通道,登机桥通道的起伏变化将影响旅客步行的频率。当旅客行走的频率和登机桥结构自振频率接近时,二者容易出现共振现象,导致结构安全隐患并影响旅客登机舒适度。为解决旅客登机舒适度问题,以丽江机场三期改扩建航站楼13座在建登机桥为例,使用MIDAS建立了设置tmd减振器前后登机桥人致振动模型。相关规范表明旅客登机舒适度可以用结构振动加速度进行量化分析。对设置登机桥前后登机桥振动加速度变化进行分析,获得登机桥人致振动舒适度结果。设置tmd减振器前后登机桥结构的动力响应结果表明:将适当数量的tmd阻尼器进行合理分布将有效减少结构振动,从而提高旅客登机舒适度。

关键词：登机桥结构振动舒适度分析 tmd阻尼器

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大跨度反向芬克式桁架人行桥总体设计

世界桥梁 2024年第1期52卷 32-38页

作者：孙勇汪学吴碧中张同鹏杭州市城乡建设设计院股份有限公司浙江杭州310004

某跨京杭大运河人行桥采用反向芬克式桁架桥,桥梁全长198 m,跨径布置为(15.9+150+15.9)m。桥体造型以运河帆影为设计灵感,梁、塔、索造型以运河上的漕运船为蓝本。主梁采用封闭式单箱三室钢箱梁,桥塔塔柱及撑杆均采用钢制梭形结构,布置... 详细信息

某跨京杭大运河人行桥采用反向芬克式桁架桥,桥梁全长198 m,跨径布置为(15.9+150+15.9)m。桥体造型以运河帆影为设计灵感,梁、塔、索造型以运河上的漕运船为蓝本。主梁采用封闭式单箱三室钢箱梁,桥塔塔柱及撑杆均采用钢制梭形结构,布置在主梁中央,并与主梁固结。拉索采用双叉耳热挤压高密度聚乙烯高应力幅钢绞线拉索与冷铸镦头的组合体系,塔顶处为固定端,梁端为张拉端。反向芬克式桁架桥的整体刚度由拉索的张拉力提供,合理初索力的确定是反向芬克式桁架桥设计的关键。边跨成桥索力大,且锚固位置受选址红线限制,为保证传力路径可靠,在边索与主梁交接处设整体式传力板。经人致振动分析,采取在距主跨跨中两侧28 m处各安装1对tmd的减振措施,以满足人行舒适度要求。

关键词：人行桥反向芬克式桁架拉索初索力边索锚固传力人致振动 tmd阻尼器桥梁设计

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钢筋混凝土筛分破碎厂房振动分析及控制研究

钢筋混凝土筛分破碎厂房振动分析及控制研究

作者：肖珂西安建筑科技大学

学位级别：硕士

筛分破碎厂房是工业生产系统中一类重要的建筑物,广泛应用于煤炭、冶金等行业。随着我国选洗煤产业的发展,为满足生产要求,筛分破碎厂房不断引进国外大型动力设备,设备扰力也相应增加,由此引起的结构振动问题日益突出。异常振动不仅危... 详细信息

筛分破碎厂房是工业生产系统中一类重要的建筑物,广泛应用于煤炭、冶金等行业。随着我国选洗煤产业的发展,为满足生产要求,筛分破碎厂房不断引进国外大型动力设备,设备扰力也相应增加,由此引起的结构振动问题日益突出。异常振动不仅危及结构安全,影响工业生产,还会损害工作人员身心健康。筛分破碎厂房的振动问题已成为亟待研究和探讨的课题。本文根据有限元功率流理论,在振动传递路径分析的基础上,结合具体工程的动力测试和有限元分析,找出结构振动原因并提出振动控制方案。本文的主要工作和取得的主要研究成果归纳如下:（1）基于有限元功率流理论,使用MATLAB编程实现了梁板单元结构振动声强的计算及矢量可视化;推导筛分机和破碎机激振力的计算公式,对筛分破碎厂房主要振源层进行振动传递路径分析,得出结构主要通过振源附近及其周边区域传递、耗散能量,并通过柱向上下楼层传递振动。（2）根据振动传递路径的分析结果并结合现场实际情况,制定筛分破碎厂房的动力测试方案;对测试数据进行频谱分析得出结构的动力特性参数,同时发现结构受迫频率与筛分机和破碎机的运行频率较为接近,明确筛分机和破碎机是引起结构异常振动的主要振源。（3）分析现场所测动力响应数据,结构振动主要表现为水平横向和楼盖竖向振动较大;依据国内外结构振动允许限值标准,分别从振动对结构、人体、设备这三方面的影响进行振动评价,结果表明多个测点的振动响应超标,已经对结构、工作人员产生严重影响。（4）使用ANSYS分别建立筛分破碎厂房的实体单元模型（“模型S”）和梁壳单元模型（“模型T”）,进行模态分析,将所得模态参量与现场实测结果进行对比,验证了有限元模型的合理性;对“模型T”进行动力时程分析,数值分析结果与现场实测数据基本吻合,结构振动特点较为一致;进一步研究发现结构横向整体及楼盖竖向刚度不足是结构振动过大的主要原因。（5）结合筛分破碎厂房振动原因及振动控制的主要方法,提出增加结构刚度、采取二次隔振和增设双向Mtmd系统三种振动控制方案,并进行参数化设计;针对三种方案进行有限元建模分析,综合比较各方案的振动控制效果,可以得出,采取二次隔振和Mtmd系统均能大幅降低结构的动力响应参数;相比提高结构刚度的加固方法,二次隔振和tmd振动控制方案施工周期短,对正常生产影响较小,可为解决新建结构的抗振设计及既有建筑的振动控制提供参考。

关键词：结构声强振动传递动力测试时程分析振动控制 tmd阻尼器

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基于tmd的斜拉索多模态振动控制研究

基于TMD的斜拉索多模态振动控制研究

作者：张胤哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着世界交通工程的快速发展，斜拉桥已经成为在中、大跨度桥梁最具竞争力的桥型之一，而如何有效地控制拉索的振动已经成为大跨度斜拉桥亟待解决的关键问题之一。在斜拉索和桥面之间设置机械阻尼器的方法已被广泛用于抑制拉索的大幅振... 详细信息

随着世界交通工程的快速发展，斜拉桥已经成为在中、大跨度桥梁最具竞争力的桥型之一，而如何有效地控制拉索的振动已经成为大跨度斜拉桥亟待解决的关键问题之一。在斜拉索和桥面之间设置机械阻尼器的方法已被广泛用于抑制拉索的大幅振动，但实践表明受阻尼器安装位置的影响，一般机械阻尼器的减振效率远未达到理论的最大值;同时，斜拉索在外部荷载激励下通常可能发生多模态的振动，而目前斜拉索振动控制的被动阻尼器是按单一振型最优控制理论进行设计和设置的，从而会大大降低了斜拉索振动控制的效果。但安装位置不受局限的tmd阻尼器（调谐质量阻尼器）却能很好地克服一般机械阻尼器的上述缺点。本文对基于tmd阻尼器的斜拉索多模态振动控制进行了研究，主要内容有：（1）通过在斜拉索上设置多个或智能tmd阻尼器控制斜拉索多模态振动的理论和数值分析，研究了tmd阻尼器各参数对斜拉索振动控制效果的影响规律、tmd阻尼器参数优化方法的有效性、在斜拉索上设置多个或智能tmd阻尼器对斜拉索多模态振动的控制效果、tmd阻尼器的行程要求等。（2）通过Simulink数值仿真模拟，建立了张紧索-线性tmd系统计算模型，研究了在斜拉索上设置单、多个线性tmd阻尼器对索发生单、多模态振动的控制效果;建立了张紧索-非线性tmd阻尼器系统计算模型，研究了指数型非线性tmd阻尼器、渐硬弹簧刚度tmd阻尼器对拉索振动的控制效果，并得出了相关结论。

关键词：斜拉索 tmd阻尼器振动控制多模态

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随机波浪载荷下海洋平台的振动控制技术研究

随机波浪载荷下海洋平台的振动控制技术研究

作者：李宁中国海洋大学

学位级别：硕士

海洋平台工作在比较恶劣的海洋环境中，受到风、浪、流等各种载荷的作用，存在着明显而持续的振动。平台的振动会加剧结构的疲劳破坏，降低系统可靠性，影响生产和工作人员的安全舒适。随着我国海洋工程的发展，采取一定措施减轻海洋平... 详细信息

海洋平台工作在比较恶劣的海洋环境中，受到风、浪、流等各种载荷的作用，存在着明显而持续的振动。平台的振动会加剧结构的疲劳破坏，降低系统可靠性，影响生产和工作人员的安全舒适。随着我国海洋工程的发展，采取一定措施减轻海洋平台的振动已日趋重要。基于此研究背景，本文旨在提出相应的控制策略来降低海洋平台在随机浪载荷下的振动响应。本文系统地总结了海洋平台振动控制的方法，对其研究背景及意义、国内外的研究进展和工程应用进行了阐述，指出了目前存在的问题和研究方向。在随机波浪理论的基础上描述海浪模型，根据小振幅波理论采用Morsion方程计算波浪力，并运用谱分析的方法得到波浪力谱,通过数值仿真计算海洋平台的动力响应。在传统tmd被动控制的基础上引入状态反馈，运用极点配置法确定反馈增益K,从而进一步减小海洋平台的振动控制。分析磁流变阻尼器的工作原理和性能，建立磁流变阻尼器的恢复力力学模型。基于随机最优理论的LQG控制算法得到海洋平台的最优控制力，采用磁流变阻尼器作为系统的作动器，根据半主动控制策略，磁流变阻尼器输出的控制力与最优控制力进行比较计算，得到半主动控制力，实现对海洋平台的变阻尼半主动控制。编写了相应的MATLAB程序，通过数值计算仿真，研究了不同的控制策略对海洋平台的减振控制效果。数值计算分析表明：随机波浪作用下的海洋平台存在着明显的振动;tmd被动控制可通过吸收平台的振动能量，实现降低海洋平台振动响应的目的，但只能实现单一频率上的控制，且减振幅值受到限制;对海洋平台—tmd系统引入状态反馈，可实现对结构响应的实时预测和跟踪，进一步减小结构的振动响应，并实现全频域上的控制，并与单纯的主动控制相比，可节约大量能量，具有更经济合理的优点;磁流变（MR）阻尼器可通过调节磁场，改变自身输出的阻尼力，且具有能耗小、出力大、响应快、装置简单可靠的优点，是理想的半主动控制元件;基于LQG算法的磁流变半主动控制，求解最优控制力时，仅需测量加速度即可实现反馈，简单易行，避免了最优控制中所需的全状态反馈，可减少传感器的使用数目，并且考虑了测量中存在的随机噪声，系统具有较好的鲁棒性;磁流变半主动控制不需要外界输入大量的能量，时滞小，虽然控制力由结构响应被动产生，但可通过磁场强度进行调整，控制效果较被动控制要好，更易实施更加经济，具有较好的研究和应用价值。

关键词：海洋平台随机波浪振动控制被动控制半主动控制状态反馈 LQG控制 tmd阻尼器 MR阻尼器

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输电塔线体系地震反应的被动控制研究

输电塔线体系地震反应的被动控制研究

作者：郭伟华武汉理工大学

学位级别：硕士

在地震作用和风荷载以及地基失稳等因素作用下，输电塔线体系的破坏产生的重大事故已屡见不鲜。本文首先对课题的背景及研究意义、塔线体系的研究现状、结构控制技术以及索结构研究进展做了简要介绍。然后基于结构进行非线性分析时的有... 详细信息

在地震作用和风荷载以及地基失稳等因素作用下，输电塔线体系的破坏产生的重大事故已屡见不鲜。本文首先对课题的背景及研究意义、塔线体系的研究现状、结构控制技术以及索结构研究进展做了简要介绍。然后基于结构进行非线性分析时的有限元基础理论，推导了四节点索单元和空间杆单元的切线刚度矩阵和割线矩阵，讨论了单元刚度矩阵到整体坐标系下的整体刚度矩阵的组装问题，结合梁单元模型建立了塔线体系有限元模型，组装得到了结构的整体刚度矩阵。通过对结构程序设计中常用的迭代算法和收敛准则做了简要介绍，经过优缺点的比较，确定了本文后续章节选用的迭代算法和收敛准则，并对整个程序实现过程做了详细的步骤介绍。通过静力计算的算例比较，验证了大垂度和小垂度两种情形下的四节点索单元和空间杆单元的计算方法的正确性。通过动力特性理论的简单介绍，应用有限元理论，对索单元的动力特性做了相关分析，通过与文献和有限元软件的计算结果对比，验证了计算方法的正确性。通过对基于实际工程的塔线体系模型的动力特性计算，进一步验证了方法的正确性。然后重点介绍了摩擦阻尼器力学模型，其中包括干摩擦阻尼单元和弹性摩擦阻尼单元的滞回力学特性以及作用原理。在结构动力时程Newmark-β分析法基础上建立了带摩擦阻尼器单元的塔线体系动力时程迭代步骤及收敛准则，并对计算过程中的关键问题做了简要说明。以塔线体系有限元模型为基础，分为三种工况依次对结构在典型的地震波作用下的阻尼器减震性能做了相关讨论，并得出了有利的结论。按照同样的研究思路，在第五章中讨论了带tmd的塔线体系结构减震效果分析。在本文的最后，对前面章节所做的工作做了简要的概括，并得到了一些结论。同时也针对本文所做工作的众多不足也做了适当的展望。

关键词：塔线体系四节点索单元摩擦阻尼器 tmd阻尼器减震分析