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调频类阻尼器的性能改良研究

黄东阳  
【摘要】:结构振动控制是当下土木工程领域的热点课题之一。调频类阻尼器如TMD、TLD等都是理论较为成熟、应用较为广泛的技术,而出于经济性及实用性考虑、以结构物附属设施代替TMD调频质量的混合调频类阻尼器(HTTD)也常常被用于实际工程当中。然而,调频类阻尼器在应用当中仍存在一些主要问题:TMD对频率的敏感性、TLD的晃动质量、晃动阻尼相对较小、HTTD中液体晃动对阻尼系统的负面影响等。针对上述问题,本课题对这几类调频类阻尼器进行了改良和创新,并通过振动台试验来对其中的关键环节进行验证。 本课题的主要研究内容如下: 1.对TLMD及TLCMD这两种HTTD的控制性能进行研究。提出运用相位差分析方法探讨HTTD的动力特性;同时,提出一种优化动力方法对HTTD进行工程设置,使该阻尼器获得更优的减振控制效果以及为适应结构物内部使用空间要求创造更为宽松的条件。 2.在已有混合调频类阻尼器的基础上,提出两种更具实用价值的新型混合调频类阻尼器,即调谐混合水箱/质量阻尼器(THMD)和调谐双重液柱/质量阻尼器(TDLCMD);同时,运用相位差分析方法对这两种新型混合调频类阻尼器进行动力特性分析,并运用优化动力方法进行工程设置。 3.对HTTD的调频特性进行研究。对TLMD和TLCMD这两种混合调频类阻尼器在结构频率摄动情况下的控制性能作出分析,得到不同尺寸设置的HTTD在不同频率摄动数值下的控制性能对应于液体晃动相位差的关系。 4.利用对HTTD调频特性的分析结论,提出四种可控式混合调频系统:可控式TMD-TLD混合调频系统(CTTHS)、可控式TMD-DTLCD混合调频系统(CTDHS)、第一类可控式TMD-混合水箱调频系统(CTHTS-Ι)和第二类可控式TMD-混合水箱调频系统(CTHTS-ΙΙ)。同时,对这四类新型调频系统的控制策略以及减振性能作出研究分析。 5.为增强TLD的减振控制性能,提出内置横向圆柱体调谐液体阻尼器(TLDETC)的概念,结合流体力学原理以及能量方法推导TLDETC的晃动质量、晃动阻尼比以及晃动频率的表达式,并通过不同设置方案验证该新型调液阻尼器具有比普通TLD更优的阻尼特性、动力特性以及减振控制性能。 6.在仿真分析的基础上,设计了HTTD的试验模型,并进行对混合调频类阻尼器系列的首次振动台试验,考察不同设置方案下HTTD与TMD在结构频率稳定情况下的振动控制效果,验证HTTD的动力特性。同时,测试结构频率发生变化后不同设置方案下HTTD与TMD的振动控制效果,验证HTTD的调频特性及可控式调频系统的控制策略。最后,分析HTTD在理论与试验中控制效果的差异,并给出一些建议和探讨。


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