考虑阻尼器偏转角的双向支承式TMD体系性能优化研究

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调谐质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)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。由于现有的双向支承式TMD其刚度、支承元件与阻尼元件一般采用分离式的设计,确保TMD在结构主轴方向频率恒定的同时,却忽略了阻尼元件产生偏转角导致TMD系统阻尼参数偏离设计值的情况。本文针对现有双向支承式TMD因阻尼器偏转角导致原有性能的变化进行了研究并提出了改进的参数优化设计方法。本文主要开展了以下几项的研究工作:1)提出了双向支承式TMD考虑阻尼器偏转角的力学模型,在此基础上利用拉格朗日方程构建考虑阻尼器偏转角的结构-TMD运动方程,分析了结构-TMD系统各参数对主结构响应的影响规律,基于H_∞优化准则,采用多目标遗传算法对算例进行参数优化,实现H_∞抗风优化方案能使支承式TMD具有更好的减振耗能性能;2)针对某实际工程结构对H_∞抗风优化方案结果进行多质点结构-双向支承式TMD体系进行研究,0度风攻角脉动风荷载作用下,阻尼器2考虑偏转角后的阻尼器拉伸行程相较于忽略阻尼器偏转角增加5.83倍。这表明传统分离式双向支承式TMD因忽略阻尼器的偏转角会严重低估阻尼器的行程,对TMD的性能带来十分不利的影响;3)提出具有自适应性能的双向支承式变阻尼TMD力学模型,利用变阻尼阻尼器的构造方法减缓阻尼器偏转角对TMD减振性能的影响。建立了该TMD力学模型,利用拉格朗日方程构建四侧设置阻尼器时结构-TMD运动方程。以两级变阻尼为例采用多目标遗传算法为核心的优化方法优化TMD参数,并研究了变阻尼TMD对结构振动响应的影响规律差异,结果表明变阻尼TMD具有更好的减振耗能性能;4)针对某实际工程结构对双向支承式变阻尼TMD模型进行多质点结构-双向支承式TMD体系进行研究,多质点45度风攻角十年和五十年脉动风作用下,阻尼器1考虑阻尼器偏转角后的阻尼器拉伸行程相较于忽略阻尼器偏转角分别增加4.17%、6.67%。当分离式双向支承式TMD阻尼器的偏转角增大到一定程度时,会出现阻尼器拉伸行程超越设计值的风险,导致阻尼器的损伤破坏增大;5)提出了一种阻尼严格沿轴线轨道布置的TMD形式——FPS-TMD,并利用拉格朗日方程推导了变摩擦FPS-TMD体系的运动方程,构建考虑滞滑效应的动力求解程序,研究不同水准地震作用下不同参数对FPS-TMD的影响规律,以两级变摩擦为例采用多目标遗传算法为核心的优化方法优化FPS-TMD参数,数据结果表示两级变摩擦FPS-TMD的质量位移行程比常摩擦FPS-TMD的要小,可实现短行程内为主结构提供优秀减震控制效果。
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