摩擦摆TMD减震结构的动力分析与试验研究

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结构振动控制是土木工程行业的一门前沿研究课题,该技术的发展为结构提供了一种行之有效的减震新途径。调谐质量阻尼器是一种有效的被动控制装置。目前,世界范围内已有许多工程结构安装了调谐质量阻尼器进行减震控制。它与传统的抗震设计相比,能够充分发挥结构材料本身的性能,有效地减轻震害,并且确保了居住的舒适度。摩擦摆调谐质量阻尼器(FPS-TMD)是一种新型的调谐减震装置,它具有良好的自限、复位功能和摩擦耗能等性质。本文通过分析,获得了FPS-TMD的自治振动特性和恢复力模型,并且阐述了FPS-TMD的设计方法。本文建立了FPS-TMD减震结构的动力反应方程,介绍了求解动力方程的数值方法,并且利用有限元软件SAP2000,对某四层钢框架在安装FPS-TMD前后进行了时程分析。分析结果显示FPS-TMD能够有效地减小结构的动力反应,在正弦激励下顶层反应峰值的减小在30%左右;在地震激励下顶层反应峰值的减小在10%以上,最大达到25%。并且在地震激励下,FPS-TMD减小结构反应的均方根比峰值更加有效,在20%以上。频谱分析显示,FPS-TMD能够有效地减小所控频率带内的反应。本文设计制作出了一个FPS-TMD,对装有FPS-TMD的四层框架结构进行了振动台试验。结果表明,当激励频率接近结构受控自振频率时,FPS-TMD能够有效地减小结构的动力反应和抑制结构共振,减震效率在50%以上。试验结果与有限元结果比较吻合,这证明了本文有限元分析方法的准确性和可靠性。本文采用的分析方法和研究结果为FPS-TMD减震的深入研究提供重要参考。
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