新型主被动调谐质量阻尼器的性能研究

论文摘要

TMD/AMD作为有效的结构振动控制手段,正逐渐运用于大量的实际工程中。TMD对高层建筑和高耸结构的风振控制效果较好,但对于高层建筑的地震反应控制技术还不完善,制约了TMD的进一步研究和实际工程应用的推广。AMD在优化设计、理论计算方法、动力可靠度性能等方面还存在着一些亟代解决的难点和不足,还需进行系统的深入研究。本文针对传统TMD的不足及AMD在优化设计方面的难点,提出了一些改良方法。本文主要开展了以下几项研究工作:1)介绍了调谐质量阻尼器基于能量优化设计的基本原理,在此基础上,分析了TMD各参数对主结构以及子结构能量反应包括结构动能和变形势能的影响,从能量的角度解释了TMD装置对结构反应的减振作用,并比较了以能量反应为控制目标优化得到TMD参数跟传统以位移或加速度为控制目标优化TMD参数的不同;2)给出了四种新型调谐阻尼器即变摩擦调谐质量阻尼器、变阻尼调谐质量阻尼器、调谐质量摩擦阻尼器及调谐质量非线性黏滞阻尼器的理论模型,在不同激励形式下对四种新型调谐阻尼器进行了参数分析,通过算例说明新型阻尼器可改善结构在强震下的减振效果;3)对广州塔上HMD主动控制系统电机的性能包括直线电机的轨道摩擦力、纹波推力和电机时滞进行了现场测试,介绍了直线电机摩擦力及纹波推力的模型,通过常力工况及谐波工况下的分析,拟合出了直线电机的摩擦力和纹波推力公式,并给出了拟合效果及拟合误差,通过对直线电机发送脉冲指令力对电机的时滞进行了分析;4)提出了基于性能的TMD/AMD优化设计方法,其操作流程是:首先由业主确定结构的减震控制目标,然后设计人员根据控制目标选定TMD/AMD合理的参数,最后对所选的参数校核,若控制效果满足业主要求,则设计完成,若不满足,则重新优化选取参数,直到满足为止。论文最后对上述研究成果作了简单的总结,并指出进一步研究的方向和亟待完成的工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 结构振动研究现状
• 1.2.2 调谐质量阻尼器的研究进展
• 1.2.3 TMD/AMD的优化设计研究现状
• 1.2.4 基于能量的结构抗震设计
• 1.3 本文研究的目的、意义和主要研究内容
• 第二章 调谐阻尼器基于能量的优化设计
• 2.1 引言
• 2.2 能量法的基本原理
• 2.3 调谐减震系统的响应分析方法
• 2.3.1 传递函数法
• 2.3.2 虚拟激励法
• 2.4 TMD各参数对结构能量反应的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 新型调谐质量阻尼器的性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 变参数调谐质量阻尼器的性能研究
• 3.2.1 变参数调谐质量阻尼器的理论模型
• 3.2.2 变参数调谐质量阻尼器的参数分析
• 3.2.3 算例分析
• 3.3 调谐质量摩擦/非线性黏滞阻尼器的性能研究
• 3.3.1 理论模型
• 3.3.2 参数分析
• 3.3.3 谐波激励下的减震频带分析
• 3.3.4 算例分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 新型主动调谐控制系统的现场测试
• 4.1 引言
• 4.2 广州塔介绍
• 4.3 HMD系统介绍
• 4.4 现场测试
• 4.4.1 试验目的及说明
• 4.4.2 试验方案
• 4.4.3 传感器布置
• 4.5 直线电机的综合阻力及纹波推力模型
• 4.5.1 指令力与反馈力对比
• 4.5.2 综合阻力模型
• 4.5.3 纹波推力
• 4.6 指令力拟合效果及误差分析
• 4.6.1 常力工况
• 4.6.2 正弦力工况
• 4.7 电机时滞分析
• 4.8 本章小结
• 第五章 基于性能的TMD/AMD优化设计
• 5.1 引言
• 5.2 基于性能的抗震设计
• 5.3 基于控制指标的TMD/AMD优化设计
• 5.3.1 TMD质量比对减震效果的影响
• 5.3.2 AMD质量比和主动控制力对减震效果的影响
• 5.4 算例分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢