高耸结构施工阶段可调TMD振动控制设计与分析

摘要

经济和社会的飞速发展给土木工程领域带来了巨大的生机，近些年无数的高耸、大跨、大空间结构拔地而起，鳞次栉比。与此同时，自然环境的恶化也正在愈演愈烈，高等级的地震、海啸、飓风等自然灾害频频来袭，这给现存结构的安全可靠性带来了极大的威胁和考验，也给结构设计师们提出了更高的要求和新的挑战，关于结构振动控制的研究就显得尤为重要。对振动控制方面的理论研究和技术发展进步为人类社会抵抗自然灾害提供了许多行之有效的方法，在这其中调谐质量阻尼器以其经济性和可靠性在工程界一直备受青睐，在世界许多大型结构中有着广泛的应用。
　　本文首先介绍结构振动控制的理论及技术，介绍的重点主要集中在被动调谐质量阻尼器的研究和发展应用现状。
　　本文第二章的主要内容是基于被动调谐质量阻尼器的控制原理以及参数优化方法和准则进行推导和分析，提出一些能够实现变频调谐的被动调谐质量阻尼器设计方法和手段，并分析其应用价值。
　　本文第三章的主要内容是针对一种以单纯改变质量来实现频率可调的被动调谐质量阻尼器的实验研究分析，通过振动台模型实验来研究其可行性及振动控制效果，并利用MATLAB软件对实验所测得的结果进行分析。实验结果表明:被动调谐质量阻尼器的安放位置对于其效果很重要，变质量调谐质量阻尼器在一定条件下具有很好的经济性和实用性。
　　本文第四章的主要内容是结合实际工程，来模拟分析被动调谐质量阻尼器在高耸桥塔结构施工阶段振动控制的应用效果，利用有限元分析软件ANSYS进行数值模拟，运用EKILL命令模拟桥塔施工过程，并利用软件自带的结果处理模块进行结果整理分析，得到高耸桥塔结构在施工过程中的动力特性变化规律，进一步根据得到的结果来确定被动调谐质量阻尼器的设计参数，运用Matlab软件中的Simulink模块对高耸桥塔结构施工过程风致振动的被动调谐质量阻尼器控制进行模拟分析。结果显示:合理地选取调谐质量阻尼器的参数以及其安放位置，对于桥塔施工过程振动控制能够很好的发挥其减震控制效果并且具有非常好的经济性和实用性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 结构振动控制

1．2．1 结构振动控制概念

1．2．2 结构振动控制分类

1．3 结构主动与半主动控制

1．3．1 结构主动控制

1．3．2 结构半主动控制

1．4 结构被动控制

1．4．1 基底隔震理论

1．4．2 耗能减震理论

1．4．3 吸震减震理论

1．5 被动调谐质量阻尼器

1．5．1 发展研究以及现状

1．5．2 发展趋势

1．6 本章小结

2 调谐质量阻尼器的设计理论推导及分析

2．1 TMD的基本构成及原理

2．2 结构-TMD作用的数学模型及理论

2．2．1 无阻尼体系参数研究

2．2．2 有阻尼体系参数研究

2．3 本章小结

3 变频TMD对高耸钢框架减震控制的实验效果分析

3．1 引言

3．2 实验模型设计

3．3 实验模型分析

3．3．1 基于传递函数的TMD减震效果理论分析

3．3．2 TMD安放位置对控制效果的影响

3．3．3 质量可调TMD的可行性研究

3．5 本章小结

4 高耸桥塔结构施工过程振动控制

4．1 引言

4．2 高耸桥塔结构施工过程中参数变化规律分析

4．2．1 高耸桥塔施工过程中的频率变化规律的理论分析

4．2．2 基于ANSYS的高耸桥塔施工过程中的频率变化规律分析

4．2．3 基于ANSYS的高耸桥塔施工过程中的振型变化规律的分析

4．3 调谐质量阻尼器作用下的桥塔施工过程振动控制仿真分析

4．3．1 数值模拟用风荷载时程

4．3．2 调谐质量阻尼器相关参数的设计

4．3．3 高耸桥塔结构风致振动控制模拟结果(安放位置：塔顶)

4．3．4 高耸桥塔结构风致振动控制模拟结果(安放位置：横梁)

4．3．5 不同安放位置的TMD自身位移对比：塔顶＆横梁

4．4 TMD质量比对其减震效果的影响分析

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢