新型压电摩擦阻尼器本构模型的分析

随着振动控制技术的发展，半主动控制引起工程界人士的广泛关注．可控摩擦阻尼器作为一种有效的半主动控制装置获得了广泛的研究和应用．本文正是在着力改进现有可控摩擦阻尼器的基础上，设计了压电摩擦阻尼器PALL支撑，为结构振动的控制提供了一种全新的选择．文中采用了ANSYS软件的有限元分析方法，对压电摩擦阻尼器进行了性能模拟试验，研究了其在各级电压下的摩擦耗能特性，在此基础上我们给出了压电摩擦阻尼器PALL支撑带电压参数的双线性本构模型．     

一种新型半主动摩擦阻尼器的耗能性能研究

文章针对被动摩擦阻尼器滞回曲线不饱满,对结构响应控制效果有待于进一步提高的特点提出了一种具有简单控制律的Off-On半主动摩擦阻尼器。阐明其工作机理,建立了半主动摩擦耗能减震结构的动力方程,通过时程分析计算讨论了一安装半主动摩擦阻尼器的结构在地震作用下的响应控制效果,并与无控结构和被动控制结构进行了对比分析。结果表明,本文所提出的Off-On半主动摩擦阻尼器能够大大减小地震作用对结构的破坏,在有效减小结构位移响应的同时,对层间剪力的控制效果也非常显著,滞回曲线非常饱满,耗能性能优良,对结构的控制效果优于传统的被动摩擦阻尼器。     

高架桥结构参数对基于MR阻尼器半主动控制的影响

在地震作用下,高架桥由于其结构特点会产生大幅地震振动,而半主动控制能够有效地控制结构的大幅地震振动.半主动控制一般以被动控制为主体,仅需少量能量用以改变被动控制系统的参数或切换工作状态,以适应系统对最优状态的跟踪.半主动控制往往是针对既有工程结构,所以只能在控制装置和算法上进行改进以达到对既有工程结构的最优控制.为了充分发挥半主动控制的能力,可以考虑从结构设计上进一步提高半主动控制效果.根据高架桥的结构特点,建立了高架桥-MR阻尼器体系的简化模型.在EL-Centro、Taft和Kobe地震波作用下,使用MR阻尼器中修正的宾汉姆模型和剪切型最优控制(Clipped-optimal control)算法对高架桥的半主动地震响应控制进行了研究,分析了结构参数对基于MR阻尼器半主动控制效果的影响.     

基于智能压电摩擦阻尼器的Benchmark模型风振响应半主动控制

在改进的Pall摩擦耗能器的基础上设计了一种智能压电摩擦阻尼器,并分析了其阻尼力模型。利用设计出的智能摩擦阻尼器,采用基于经典线性最优控制理论的半主动控制策略对Benchm ark模型的风振响应控制进行了研究。结果表明：智能压电摩擦阻尼器对标准风振控制模型的半主动控制效果较为明显,相对于无控结构来说能有效降低结构的风振响应。此外,本文对基于限界Hrovat最优控制算法的半主动控制系统的参数优化进行了分析,说明了该半主动控制系统对Benchm ark模型阻尼的不确定性具有很好的鲁棒性,而对刚度的不确定性则表现出一定的敏感性。     

结构-ER/MR智能阻尼器系统试验模型

介绍了“结构－ER／MR智能阻尼器系统试验模型”，该系统可进行算法的试验，用以检验试验算法的控制效果。以最优速度反馈半主动控制策略为例，说明用文中所提出的试验模型进行试验的方法。     

基于时间离散模型的斜拉索半主动振动控制

考虑到半主动ER／MR阻尼器本质上是一个可调节的被动型阻尼器，提出了与以往半主动控制策略的半主动控制方法有很大区别，它是建立在被动控制思想基础上的，而且采用了易于实现的时间离散模型．在实例验证中，将新建的半主动控制方法与半主动LQG控制进行了比较，数值试验的结果表明，采用动态调整控制策略能够更有效的抑制斜拉索的振动．     

基于MR—TMD的煤制气厂厂房半主动控制研究

提出了一种在TMD质量块上安装磁流变阻尼器的新型半主动MR—TMD控制装置,采用半主动控制算法,仿真分析了质量块在矩形波激励作用下,半主动MR—TMD控制系统对结构振动控制的可行性和有效性,并比较了半主动MR—TMD控制与被动TMD控制、主动AMD控制对同一模型结构的控制效果．仿真结果表明,半主动MR—TMD控制的减振性能优于被动的TMD控制和主动的AMD控制．     

磁流变阻尼器被动隔震振动台试验研究

目的检验磁流变阻尼器应用于结构被动隔震控制下的减震效果．方法对1：4缩尺比例的结构模型进行橡胶垫与磁流变阻尼器联合控制下的振动台试验，试验采用对磁流变阻尼器施加零电压和最大电压控制。来模拟结构在阻尼器被动摩擦阻尼和被动粘滞阻尼两种控制方式下。隔震上部结构和隔震层的的动力响应．结果应用磁流变阻尼器对结构进行的两种被动控制，均能起到很好的减震效果．其中被动摩擦控制可对隔震结构在大震下的隔震层位移起到限位作用；被动粘滞阻尼控制可对隔震结构小震下上部结构的加速度反应进行很好的控制．结论采用橡胶垫联合磁流变阻尼器对结构进行被动隔震控制，控制方法简便易行，控制效果良好．     

磁流变阻尼器抗震应用的试验研究

将磁流变阻尼器安装在一1：6三层钢框架结构模型上，进行了模拟地震振动台试验．试验采用不同的控制方法，了解了半主动变阻尼结构在地震波作用下的动力特性，同时对比研究了安装与未安装磁流变阻尼器时结构的动力反应试验结果，并对安装磁流变阻尼器结构的试验结果和弹塑性分析结果进行了分析．     

MR-TMD结构阻尼振动系统的参数影响分析

提出一种新型的结构振动控制的半主动质量驱动器（MR-TMD）系统,采用半主动控制算法仿真分析了在简谐载荷激励下MR-TMD系统对结构振动控制的可行性和有效性,比较MR-TMD、调谐质量阻尼器（TMD）及主动质量驱动器（AMD）对同一模型结构的幅频特性.分析了磁流变阻尼器的最大出力、最小出力及可调倍数对MR-TMD受控系统的影响.仿真结果表明,MR-TMD作为一种半主动质量驱动器能有效降低结构反应,在简谐载荷作用下半主动MR-TMD控制系统比具有相同质量块参数的最优TMD控制系统具有更好的减振性能,且比TMD受控系统有更大的减振频带宽度.     

压电变摩擦阻尼器对结构地震反应的自协调模糊控制

为减轻结构的地震反应,制作了一款新型的压电变摩擦阻尼器,并设计了自协调模糊控制算法用于结构的振动控制,控制的目标是减轻结构的位移和加速度反应,通过模糊控制算法建立了压电变摩擦阻尼器电压与结构的响应关系,给出了量化因子的计算公式,建立了模糊控制器来考虑地震波对量化因子的影响。算例表明,对于安装有压电变摩擦阻尼器的结构,采用模糊控制算法控制结构振动效果非常好。     

浮放文物隔震保护与振动台试验

浮放文物在地震中往往遭受严重破坏,隔震技术是保护文物安全的有效手段。采用模块式金属隔震支座对浮放花瓶进行振动台试验,验证了隔震装置的可行性。隔震支座由金属板、直线导轨、滑块、弹簧和摩擦阻尼器组成,具有模块化特征,可根据设计需要调整弹簧、摩擦阻尼器的数量和位置。导轨和滑块用于限制隔震支座的运动方向并防止支座发生倾覆;弹簧用于调节隔震支座的水平刚度,通过施加预紧力提供自复位能力;摩擦阻尼器用于控制隔震支座的水平变形,耗能能力可调节。研究结果表明：隔震支座的隔震效果与PGA有关,减震率随着PGA增大而降低,隔震支座顶部加速度响应为振动台台面的28.10%-78.01%;隔震支座实际残余位移在不同地震动类型、地震动强度下均小于设计值,通过调节摩擦阻尼器、弹簧的参数,残余位移可控;文物滑动、倾覆现象与计算结果相符,隔震支座可防止文物在地震作用下产生倾覆,必要时仍需要采取传统抗震措施辅助;用于小型文物的隔震支座设计时应充分考虑减震率、隔震位移需求、支座变形能力限制和自复位能力,各个目标有时难以同时满足,需要取舍。     

基于增量动力分析法的高层建筑-阻尼器系统地震易损性分析

高层建筑在远场强地震下可能发生严重震害,通常在建筑中设置阻尼器实现消能减震,降低建筑物主体结构地震响应以减轻震致破坏。现行建筑抗震设计规范已经给出了建筑中阻尼器的通用设计方法,然而,建筑-阻尼器系统在强地震下的实际响应是否与设计结果有所偏差、在同一设防目标下不同类型阻尼器的性能是否存在差异尚不清楚。基于现行建筑抗震设计规范,设计了20层钢框架结构以作为阻尼器性能评估的Benchmark模型,并以同一减震目标设计了3类典型阻尼器：摩擦阻尼器、粘滞阻尼器和防屈曲支撑,基于所拟合的阻尼器试验曲线,对阻尼器进行参数设计,给出了典型阻尼器的数值模型。基于场地类型选取了10条地震动进行增量动力分析,对比评估了3类典型阻尼器对结构抗倒塌性能的控制效果。采用基于位移的结构性能水准评价指标,研究了3类典型阻尼器的减震控制效果,结果表明,对于采用基于中国规范设计的高层建筑-阻尼器系统,速度型的粘滞阻尼器控制效果最优,位移型的摩擦阻尼器和防屈曲支撑次之,且性能相近。     

高层建筑非线性地震反应的半主动模型预测控制

介绍了第三代结构控制的基准问题,通过研究地震激励高层建筑非线性反应的半主动控制,建立了高层建筑非线性地震反应的多步预测模型,模型中考虑了闭环控制系统中存在的时滞.基于非线性反应预测模型的Kal-man Bucy状态估计器,采用磁流变阻尼器作为控制装置,提出了半主动模型预测控制策略,并对一个20层基准建筑进行了非线性反应的数值仿真分析.将振动仿真结果与其他控制策略的结果进行对比分析,结果表明,半主动模型预测控制是一种性能优良的控制策略,能有效地抑制高层建筑结构的非线性地震反应,减小强烈地震或罕遇地震对建筑结构的破坏.     

薄弱层设置VED的钢框架模型振动台试验研究

对薄弱层设置粘弹性阻尼器(VED)支撑的钢框架进行了地震模拟振动台试验研究.试验中设计制作了一个五层钢框架模型,对纯钢框架结构、仅设钢支撑的钢框架结构及第一层、第三层和第五层分别设置粘弹性阻尼器支撑的结构进行了罕遇地震和多遇地震下的振动台模拟试验,并与有限元分析结果进行了对比.结果表明,粘弹性阻尼器能够有效控制结构的地震反应,但罕遇地震下的减振效果较多遇地震下的减振效果有所降低.     

摩擦耗能交错桁架结构体系的静力弹塑性分析

采用SAP2000软件对摩擦耗能交错桁架结构体系进行静力弹塑性分析.首先进行普通交错桁架结构的设计,然后在普通交错桁架结构的适当位置设置摩擦耗能器形成摩擦耗能交错桁架结构体系.建立各结构的平面协同分析模型后,对各个模型进行静力弹塑性分析.分析结果表明,摩擦耗能器的设置可以避免或延缓结构的破环,增强结构的延性和耗能能力;因此摩擦耗能交错桁架结构体系的抗震性能远远优于普通交错桁架结构体系.     

导管架式海洋平台Pall型摩擦阻尼控制研究

笔者考虑几何非线性,首次提出了适用于海洋平台结构的Pall型摩擦阻尼器的一种新型应用方式,对安装Pall型摩擦阻尼器的不同坡度的等腰梯形框架进行了有限元分析,采用ANSYS程序对该Pall型摩擦阻尼器的滞回特性和力学特性进行了详细的分析.分析结果表明安装Pall型摩擦阻尼器能有效减小动荷载作用下的最大位移,并且大大提高框架的耗能能力,证明了这种新型Pall型摩擦阻尼器与原Pall摩擦阻尼器具有同样的耗能能力.最后,将这种摩擦阻尼器放置在海洋平台结构中,分析了此种摩擦阻尼器在海洋平台结构中的减震效果.     

设置被动摩擦减振装置的多层建筑地震反应能量特点

研究了设置摩擦减振装置的多层建筑结构地震反应能量特点.首先建立了摩擦阻尼器的力学模型和结构-阻尼器体系的动力分析模型.进一步地,提出了设置阻尼器的结构体系的能量评价准则.在此基础上以某多层建筑结构为工程背景,研究了在不同类型地震地面运动作用下,设置控制装置的结构体系的振动能量特点.分析表明所提出的能量标准可以有效地描述地震作用下受控结构的能量特点.     

悬挂内筒烟囱风振控制

研究利用转动摩擦阻尼器(rotational friction hinge dampers, RFD)对高耸钢筋混凝土悬挂内筒烟囱进行风致振动被动控制。提出新型RFD-止晃节点构造,对该摩擦阻尼-悬挂内筒烟囱体系进行风振控制研究,基于Lagrange方程推导受控体系的非线性运动微分方程及其空间状态方程。以某275 m高烟囱为例,采用谐波叠加法模拟了脉动风荷载时程,对比分析5种减振方案。通过选用合理的RFD参数、合理地布置RFD和选择合适的悬挂内筒长度,能获得满意的减振效果。与常用的风振控制装置调频质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)、调频液体阻尼器(tuned liquid damper, TLD)相比,RFD质量小,体积小,不影响烟囱内部空间正常使用,具有更大优越性。