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结构消能减振技术是一种结构控制技术,它是通过在结构的适当位置安装消能减振装置,利用这些装置的耗能来减小结构在地震和风荷载作用下的振动反应。国内外对变阻尼减振装置的研究和应用主要集中在智能控制和半主动控制领域,该类装置结构复杂,且成本较高。本文在双出杆型粘滞流体阻尼器的基础上,通过改进,研制出了一种阻尼可以变化可以控制、具有自主知识产权的减振装置——变阻尼系数粘滞流体阻尼器,简称为变阻尼粘滞流体阻尼器。将变阻尼粘滞流体阻尼器应用于调频质量阻尼器系统,简称为变阻尼调频质量阻尼器。本文针对变阻尼粘滞流体阻尼器消能减振技术的理论、试验和变阻尼调频质量阻尼器的理论与工程应用进行了系统的研究。
本文的研究工作主要包括以下几个方面:
(1)通过对粘滞阻尼器以及变阻尼减振装置的国内外研究与应用进展进行总结与分析,阐述了变阻尼粘滞流体阻尼器的工作原理和设计构造,推导了变阻尼粘滞流体阻尼器的力学性能公式和耗能公式。
(2)对变阻尼粘滞流体阻尼器进行了动态力学性能试验。根据试验数据,经过参数回归分析,得到了该变阻尼粘滞流体阻尼器的幂指公式参数,并与理论公式进行了比较。动态力学性能试验结果表明,该阻尼器滞回曲线图形饱满,且工作性能稳定,表现出明显的变阻尼特征。同时,也对试验结果产生影响的主要因素进行了简要分析。
(3)阐述了采用变阻尼粘滞流体阻尼器(VDVFD)的调频质量阻尼器系统(变阻尼调频质量阻尼器VDTMD)的工作原理,推导了变阻尼调频质量阻尼器用于高耸结构减振设计的振动方程,建立了高耸结构变阻尼TMD风振控制计算方法,基于MATLAB语言开发了有限元计算程序,实现了非线性变阻尼TMD系统-高耸结构的振动方程的求解技术。
(4)将变阻尼调频质量阻尼器(VDTMD)应用到北京2008奥林匹克中心演播塔实际工程中,并通过现场动测和对风洞试验结果的简化分别获得了该塔的动力特性参数和脉动风荷载时程样本,在此基础上,着重对在脉动风荷载作用下的风振响应进行了减振分析研究,验证了变阻尼TMD系统对该塔风振控制的有效性。结果表明,变阻尼TMD系统满足了人体对高耸结构在小风和大风作用下风振舒适度的要求,同时变阻尼TMD系统与高耸结构的相对位移小于常阻尼TMD系统与高耸结构的相对位移,有效地保护了TMD系统,并提高了高耸结构的抗风性能。