液体质量双调谐减振器(TLMD)研究与应用

为解决调谐质量阻尼器(TMD)普遍存在的耐久性及参数调谐困难等问题,基于理论及试验研究,在TMD的基础上,利用调谐液体阻尼器(TLD)的优点,研发了新型液体质量双调谐减振器(TLMD)。TLMD减振器是TMD和TLD减振器的复合体,由于流体与固体的耦合作用,TLMD有比两者组合更好的减振效果。TLMD减振器应用于南京大胜关长江大桥吊杆涡振的振动控制中,实桥试验结果显示,在模态质量比仅为8‰左右时,所有被测吊杆的阻尼比均在3.2%以上,个别吊杆甚至达到4.66%,减振效果显著。     

一种新型结构振动控制阻尼器的试验研究

在传统TMD和TLD减振器基础上研究设计了液体质量双调谐减振器(TLMD),与传统减振器相比,可以实现频率和阻尼参数的完全分离、更高的减振效率和更长的使用寿命等。本文基于固液双调谐设计了TLMD减振器,并在此基础上进行了减振器的参数稳定试验和STLMD及MTLMD的减振效果试验。结果表明:该新型TLMD减振器具有较高的参数稳定性和减振效率。     

TLMD阻尼器在桥梁工程上的应用研究

为有效抑制九江长江大桥三大拱吊杆的涡激振动,曾为其加装了TMD阻尼器.近20 a来其涡激振动得到了控制,但却造成了阻尼器长期大幅振动状态下的疲劳损伤.为避免当损伤积累后将削弱减振效果并危及结构安全,依托该桥三大拱吊杆新型液体-质量双调谐阻尼器(TLMD)研发项目,研究了阻尼器安装质量比与主振系统及阻尼系统动力放大系数的关系,并对阻尼器振动幅值进行了理论分析.研究发现:为保证阻尼器的安全与可靠,应选取合理的阻尼器安装质量比,使得该类阻尼器的动力放大系数不超过30倍.并据此指导了该桥吊杆新增阻尼器实施方案的设计.测试结果表明减振效果良好,且未见阻尼器疲劳损伤现象.     

磁浮工程道岔梁的TLMD减振技术研究

为了解磁浮道岔梁的车桥耦合振动机理并进行振动控制,以长沙中低速磁浮工程道岔梁为工程背景,对磁浮工程道岔梁的TLMD减振技术进行研究。首先通过对磁浮道岔梁在磁浮列车激励下的振动响应测试,分析加速度的时程曲线和频率特征,研究其振动机理,确定道岔梁的受控频率;然后采取频率分布式的多重TLMD阻尼减振方案,并利用基于多目标满意度优化方法,对各TLMD进行参数优化;最后在实桥安装TLMD阻尼器后进行实桥测试,对安装阻尼器前、后道岔梁的振动响应进行对比。研究结果表明:磁浮工程道岔梁和磁浮列车的悬浮调整力形成了共振,振动响应剧烈,由于其振动频率明确,可以采用调谐式阻尼器进行控制;采用优化的TLMD阻尼器方案的理论减振效果明显;通过实测对比,安装TLMD阻尼器后,道岔梁的振动基本被抑制,满足日常行车的要求。     

大跨度悬索桥长吊索宽频调谐阻尼减振技术研究

为实现大跨度悬索桥长吊索宽频(0～30 Hz)阻尼减振,以广西龙门大桥为背景,对该桥50 m以上长吊索宽频减振技术进行研究。考虑该桥长吊索原刚性减振架方案无法有效控制多根吊索同相位振动,且不能为吊索提供结构阻尼,根据理论分析和参数优化,提出采用3个小阻尼比(阻尼比为2%)、小质量比(质量比为0.10%)调谐质量阻尼器(TMD)和6个大阻尼比(阻尼比为10%)、大质量比(质量比为0.50%)TMD协同作用实现吊索0～30 Hz全模态阻尼减振目标,选用质量和刚度分布具有各向同性、控制频率和自身阻尼比便于调节的摆锤式调谐质量阻尼器(PTMD)进行减振设计,并进行有限元模拟和模型试验以验证可行性。结果表明：多个PTMD协同控制可实现吊索的宽频阻尼减振,其各向同性特征可实现吊索多向振动控制;建议龙门大桥采用在加强原有刚性减振架的基础上,将多个PTMD按振型参与最大原则离散布置在刚性减振架上,集成刚性减振架刚性连接和PTMD调谐减振功能,实现该桥长吊索宽频阻尼减振。     

新型吊杆减振器(TLMD)在南京大胜关长江大桥中的应用

南京大胜关长江大桥采用长方切角断面吊杆,通过吊杆风洞试验可知长度大于40 m吊杆的抗风性能不满足要求.针对该桥吊杆构造、力学特性及其施工期间的大幅风致振动,为防止桥梁运营期间吊杆振动影响结构及运营安全,特为其安装了新型的液体质量双调谐减振器(TLMD).安装过程中通过螺栓孔将各减振器连接为一个整体,然后通过焊接在底部隔板的挡块固定,防止工作时偏转及滑动.安装减振器后的测试结果显示,9根吊杆中有6根阻尼比在4％以上,个别吊杆甚至达到4.66％,TLMD减振器对吊杆的抑振效果良好,同时,该减振器具有方便的安装维护性、良好的耐久性.     

悬索桥吊索高阶涡激振动及摆锤式MTMD减振技术研究

为了解大跨度悬索桥吊索出现的大幅高频振动现象,并进行减振,以国内某主跨1688 m的悬索桥为背景(最长吊索长184.6 m),基于理论方法和施工期吊索大幅高频振动实测结果,分析吊索的振动类型及参数(频率、阻尼比);提出一种摆锤式多重调谐质量阻尼器(MTMD,其由一定形状的锤头提供质量参数,由钢绞线提供刚度及阻尼参数),采用有限元和室内试验的方法,分析其振动特性,并进行实桥验证。结果表明:该桥吊索振动频率范围为5~25 Hz,阻尼比低,单个吊点的多根吊索易发生同相位的高阶涡激振动;摆锤式MTMD单个锤头具有2个控制主频,自身阻尼比约10%,具有位移放大作用,对高频振动的响应灵敏,在很宽的频率范围内具有很好的减振性能;摆锤式MTMD可有效增加吊索自身阻尼比,控制吊索高阶涡激振动,实测减振效果达到90%以上,具有很好的实用性。     

摆式碰撞双重调谐质量阻尼器减振性能研究

柔性高耸桥塔具有刚度低、阻尼小等特点，极易在强风以及地震等动力荷载下产生大幅振动。摆式调谐质量阻尼器(Pendulum Tuned Mass Damper，简称摆式TMD)是目前常用的高耸结构被动控制方法，但其具有参数敏感、控制频域窄、阻尼实现手段复杂等突出缺点。为此，提出了一种摆式碰撞双重调谐质量阻尼器(Pendulum Pounding Double Tuned Mass Damper，简称PPDTMD)，该阻尼器具有双重调频能力，既提高了其减振性能，也解决了传统摆式TMD需要外接阻尼元件和碰撞式TMD噪声问题。建立了多自由度结构与摆式碰撞双重调谐质量阻尼器耦合系统的运动方程，通过参数搜索方法确定了其最优设计参数，拟合得到简化设计公式，对比了PPDTMD与传统摆式TMD的减振效果。以某自立桥塔为研究对象，分别研究了在涡振、地震、强风荷载作用下PPDTMD的抑振性能。研究结果表明:PPDTMD具有双重调谐特性，减振性能显著提升，当质量比为4%时，PPDTMD相对于理想摆式TMD、实际摆式TMD的动力放大系数峰值分别下降了11%和46%;在PPDTMD控制下，自立桥塔涡激共振(简谐激励)作用下的塔顶位移响应幅值减振率为71.9%；Kobe波作用下的塔顶位移峰值及均方值减振率分别为34.7%和60.2%；抖振力作用下的塔顶位移峰值及均方值减振率分别为26.9%和43.5%;不同动力荷载下PPDTMD的减振性能均优于传统摆式TMD。     

桥梁结构MTMD被动控制机理及试验

为了研究桥梁结构多重调谐质量阻尼器(MTMD)被动控制的特点及减振效果,根据能量守恒原理推导出了地震作用下桥梁结构动能、阻尼耗能、应变能和地震输入能的增量表达式,并用Visual C++6.0语言编制了能量时程分析程序.基于桥梁的能量时程分析,从地震能量输入、地震能量分配与耗散2个方面阐述了MTMD的制振机理.最后通过MTMD振动台模拟试验验证了计算结果和制振机理分析的正确性.     

金沙江公铁两用大桥吊杆阻尼器参数设计及优化

金沙江公铁两用大桥主桥为主跨336m的钢箱系杆拱桥,封闭式箱形刚性吊杆为柔细构件,易发生风致振动,因吊杆侧壁未开人孔,须在吊杆拼接吊装前安装阻尼器,无法采取成桥后实测吊杆动力特性的手段来指导阻尼器设计。鉴于此,为解决其可能出现的振动问题,采用调谐液体质量阻尼器(TLMD)进行减振设计及优化。首先采用有限元法分析吊杆的自振频率,利用振型归一化方法计算吊杆的模态质量;然后在质量比分析的基础上,确定阻尼器的基本技术参数;最后考虑数值模拟的偏差,采用频率分布式设计方法,拓宽阻尼器工作的频率范围,基于多目标满意度优化方法,优化各阻尼器的设计参数。将优化后的多重调谐液体质量阻尼器(MTLMD)方案与吊杆未安装阻尼器、单一频率方案的结果进行对比,得到优化后的方案可以有效降低吊杆的动力放大系数,达到减振的目的。     

新型钢板组合梁桥车桥耦合振动控制研究

新型钢板组合梁桥自重轻,车辆质量与主梁的模态质量之比较大,在车辆活载下易发生振动.文中以某一新型钢板组合梁桥为例进行动力特性分析,研究不同质量比的液体质量双调谐阻尼器(TLMD)对结构动力响应的影响,并进行简谐激励时程分析和车桥耦合振动数值模拟,对该桥进行车桥耦合振动实测和对比.结果表明,TLMD对钢板组合梁桥具有良好...     

大跨度人行桥舒适性分析和TMD减振设计

随着对景观要求的提高,人行桥向着轻柔和大跨度方向发展.目前,我国规范对人行桥舒适性评价标准并不适合大跨度人行桥.通过研究对比国内外相关规范,推荐采用德国人行桥设计指南进行舒适性评价.而对于无法满足舒适性要求的人行桥需要采用一定的减振措施,如广泛采用的减振措施——调谐质量阻尼器(TMD)的设计方法.同时以一座百米级桁架梁桥为例,采用时程分析方法,按照德国人行桥设计指南对桥梁舒适性进行评价,并采用TMD进行减振处理,分析结果表明减振效果显著.     

复合式减振器对柴油机噪声影响的试验研究

设计了一种可调频的动力减振器和原柴油机上的橡胶扭振减振器组成了扭／弯复合式减振器。在一直列6缸车用柴油机上进行了噪声影响试验。研究结果表明，选择合适的减振频率，复合减振器对于轴系的三维振动具有良好的减振效果，发动机的噪声也可以得到一定程度的抑制。     

并联混合动力汽车扭转减振器性能仿真分析

为改善并联混合动力汽车传动系统的扭振特性,开展了扭转减振器的结构及仿真分析研究。对并联混合动力汽车传动系现有扭转减振器进行分析,提出了一种具有新型结构的弧形弹簧式从动盘扭转减振器;针对某款车型建立 8 自由度集中质量模型,采用 AMESim 仿真软件搭建仿真模型;通过对离合器从动盘扭转减振器、双质量飞轮和弧形弹簧式从动盘扭转减振器 3 种不同结构减振器的扭振特性进行仿真对比,分析了它们在典型工况下的扭振特性,并对扭转刚度和迟滞力矩进行了灵敏度分析。结果表明,弧形弹簧式从动盘扭转减振器能保证较短的发动机启动时间,且拥有较好的减振特性;在混合驱动行驶工况下扭转减振器的减振效果与扭转刚度及迟滞力矩的大小呈负相关。     

黏滞惯性质量阻尼器对斜拉索减振效果的数值分析

随着斜拉桥跨度的增大,斜拉索长度也越长,会同时存在发生风雨激振和涡激共振的可能性。风雨激振参与模态主要为低阶,涡激共振参与模态为高阶,这给斜拉索减振阻尼器的设计带来了新的挑战。采用数值方法,研究了黏滞惯性质量阻尼器（Viscous Inertial Mass Damper,VIMD）的斜拉索减振效果。首先,将斜拉索简化为张紧弦,建立了斜拉索-VIMD系统的运动微分方程,采用有限差分方法对方程进行数值求解。然后,以苏通大桥A30号斜拉索为工程背景,研究了各参数对该系统模态阻尼比的影响。最后,研究了阻尼器支架刚度对斜拉索-VIMD系统减振效果的影响,并将数值解与近似解析解进行对比。研究结果表明：在传统的黏滞阻尼器中并联惯性质量单元,可显著提高斜拉索的模态阻尼比,非常有利于减振;斜拉索-VIMD系统各阶模态的量纲为1的阻尼比曲线不重合,这与传统的斜拉索-VD（Viscous Damper）系统不同;斜拉索-VIMD系统的模态阻尼比随支架刚度的减小而急剧减小。     

大跨度密频斜拉桥模态耦合抖振MDTMD控制

为了对大跨度密频斜拉桥抖振进行控制，基于虚功原理推导出以广义相对位移为未知量的多自由度多模态耦合抖振频域控制方程，总结文献中以位移为最优目标的调谐阻尼器（TMD）最优参数解析解，改进传统双频TMD（DTMD）模型，提出衡量DTMD自身冲程大小的评价标准和采用频响函数峰值分布情况选取控制频宽，对比研究各种参数优化方案和DTMD频率间距对抖振减振效果的影响。研究结果表明，密频斜拉桥抖振响应谱密度峰值的分布特性和一般斜拉桥有明显不同，响应谱在各阶振型频率之间的鞍谷能量不可忽视，各阶振型对主梁不同位置的抖振响应贡献具有差异性。结构阻尼比越小，单个DTMD（SDTMD）减振效果越好，SDTMD控制会出现频响函数能量频移现象。多模态多重调谐质量阻尼器（MDTMD）控制要优于单模态MDTMD控制，改进的DTMD能够在2个方向同时达到良好的减振效果，比传统的DTMD更具优势。分析DTMD频率间距按照均匀分布、二次抛物线分布和频响函数积分等面积分布计算的抖振响应控制效果表明，合理的频率间距能够在相同条件下获得更好的减振效果。单模态和多模态控制得出的结果都表明，Krenk解在综合减振效果上要优于Den Hartog解，采用公路桥梁抗风设计规范（JTG/T 3360-01-2018）中Den Hartog解进行DTMD参数设计时，应增加DTMD的设计阻尼比，且增幅不少于15%。     

钢结构景观人行桥梁高和铺装对人致振动和阻尼器设计的影响

以上海临港顶新科学家公园环形景观人行桥为例，详细分析了人行桥行人舒适度评估和质量调谐阻尼器（TMD）的设计过程。在跨径、梁高、桥面附属等外部景观条件的约束下，针对人行桥主梁梁高和桥面铺装厚度两方面的业主要求，对TMD的合理布置、数量的优化做了研究。总结归纳了人行振动计算和TMD的设计经验。