高柔結構質量阻尼器振動控制應用研究.pdf

1、高柔建筑結構周期較大，風荷載效應明顯，結構舒適性和安全性需特別關注，質量阻尼器是減小該類結構風致振動的有效措施。世界上已有較多建筑采用質量阻尼器來減少風荷載和地震作用等多種激勵下的振動。然而，在實際應用中，被動、半主動和主動質量阻尼器均存在若干關鍵問題需要研究，如時滯、控制算法等。為促進質量阻尼器振動控制技術的進一步發(fā)展和應用，綜合質量阻尼器在實際應用中的具體問題，從被動、半主動和主動三個方面系統(tǒng)地研究了質量阻尼器振動控制的理論與應用，

2、為質量阻尼器的具體實施提供了理論依據，主要內容包括以下幾個方面：
　　(1)考慮地震激勵作用，基于相對能量公式，研究了TMD對系統(tǒng)各種能量的控制效果，并考慮TMD子結構參數攝動，探討了TMD控制系統(tǒng)各種能量譜的變化規(guī)律。研究結果表明，荷載激勵頻譜成份對SDOF-TMD控制系統(tǒng)能量的控制效果有較大影響，在荷載主要頻率成份段，TMD控制系統(tǒng)能量隨子結構參數攝動變化規(guī)律明顯。
　　(2)針對最優(yōu)調諧質量阻尼器在風荷載激勵下行程過大

3、的問題，提出了離位阻尼和開關阻尼兩種限位振動控制策略?？紤]限位間距和限位阻尼參數的變化，以廣州新電視塔為分析模型，研究了兩種限位阻尼控制策略下的結構位移和加速度響應控制效果變化規(guī)律。研究結果表明，開關阻尼限位的控制效果對間距更為敏感，離位阻尼限位控制對加速度峰值有更好的控制效果，兩種阻尼限位控制策略均能在結構響應控制效果損失較小的情況下限制更大的TMD擺幅。
　　(3)針對一類密頻結構響應中多階頻率占主要成分的振動控制問題，提出了

4、風振激勵下基于小波頻率識別的半主動可調調諧質量阻尼器振動控制方法。以深圳梧桐山電視塔作為研究對象進行了仿真分析，結果表明，該方法相比經典TMD振動控制，能控制更多的結構頻率，控制效果更好，在結構剛度發(fā)生變化時也能取得較好的控制效果。
　　(4)針對混合質量阻尼器控制器時滯的問題，建立了單自由度結構考慮時滯影響的HMD控制系統(tǒng)基本特性與時滯相關的六次超越特征方程，得到了系統(tǒng)各階頻率與時滯的數值變化關系，研究了HMD控制系統(tǒng)在時滯影響

5、下的失穩(wěn)機理。研究結果表明，HMD控制系統(tǒng)中AMD的設計頻率和阻尼對控制系統(tǒng)的時滯有較大影響，是決定系統(tǒng)最大允許時滯的主要因素；過大的時滯將率先激起控制系統(tǒng)高階頻率的高階負阻尼，且其失穩(wěn)破壞機理為驅動力高頻強迫振動引起的失穩(wěn)。提出了HMD控制系統(tǒng)基于模糊自適應調節(jié)的滑模變結構時滯補償控制方法，并考慮地震作用和風荷載激勵，以廣州新電視塔為分析模型，論證該算法時滯補償控制的有效性。
　　(5)研究了HMD控制系統(tǒng)最優(yōu)時滯補償控制算法，

6、對該最優(yōu)時滯補償控制算法的時滯魯棒性進行了評估。設計了主動控制試驗模型，選取直線電機作為AMD的驅動設備，進行了HMD控制系統(tǒng)最優(yōu)補償控制的試驗研究，從試驗上對比研究了地震激勵下HMD最優(yōu)時滯補償和TMD的控制效果。試驗結果表明，HMD系統(tǒng)最優(yōu)時滯補償算法控制效果較好且易實現，HMD能取得比TMD更好的控制效果。
　　(6)提出了高柔結構主動質量阻尼器振動控制設計的通用設計方法，以深圳京基金融中心為分析對象，考慮模型試驗橫風荷載和