【摘 要】
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结构振动控制技术在工程抗震和抗风中起着重要的作用,在建筑物领域,传统基础隔振系统被广泛应用,但存在适应性差以及在地震中隔振层位移过大的问题;在桥梁领域,进行振动控制时,主要的控制目标多集中在主梁,关注桥塔的振动则较少或者主梁和桥塔的阻尼器通常分开设置。为了解决以上问题,本文分别提出了建筑物领域以及桥梁领域的变速质量阻尼器基础隔震系统(AOD-BI)。变速质量阻尼器(AOD)由传动装置(齿轮齿条机构
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结构振动控制技术在工程抗震和抗风中起着重要的作用,在建筑物领域,传统基础隔振系统被广泛应用,但存在适应性差以及在地震中隔振层位移过大的问题;在桥梁领域,进行振动控制时,主要的控制目标多集中在主梁,关注桥塔的振动则较少或者主梁和桥塔的阻尼器通常分开设置。为了解决以上问题,本文分别提出了建筑物领域以及桥梁领域的变速质量阻尼器基础隔震系统(AOD-BI)。变速质量阻尼器(AOD)由传动装置(齿轮齿条机构)、附加质量块、弹簧和阻尼元件组成,传动装置放大了建筑物相对于地面的相对运动,并传递给弹簧、阻尼元件和附加质量块,从而增强了其吸收能量的能力。建筑物领域的AOD-BI系统为AOD与基础隔震系统(TBI)相连的复合基础隔震系统;桥梁领域的AOD-BI系统为将AOD与塔梁固接斜拉桥主梁相连的结构。在建筑物领域AOD-BI系统的研究当中,以AOD-BI的频率比和阻尼比为设计参数,采用H2范数优化方法以实现在白噪声随机激励下的最佳均方根(RMS)振动控制性能。首先,通过H2范数优化方法得到了无阻尼结构下的AOD-BI系统的最优设计参数解析解,并研究了 AOD质量比、传动比以及建筑物参数对最优设计参数的影响。接着,为了更好的体现出所提出的AOD-BI系统的优越性能,在频域范围内将最优的AOD-BI系统与最优的TMD-BI以及Serial TID-BI系统进行了对比,然后,进行了有阻尼结构的参数优化研究,最后通过时域分析方法验证了 AOD-BI系统性能,并为惯容元件的有限元等效模拟提出了两种模拟方法,通过数值解法和有限模拟计算的结果相对比验证其准确性。结果表明,最佳的AOD-BI系统对于隔震层位移和上部结构加速度有着最佳的控制性能,两种模拟方法均能准确地对其惯容元件进行模拟。在桥梁领域AOD-BI系统的研究中,通过依次改变AOD的质量比、传递比、阻尼系数以及弹簧刚度以探究它们对桥梁振动控制性能的影响。初步研究表明,增加AOD的传动比和质量比是有利于梁端位移和桥塔顶位移的同时减小的,其中增加AOD传动比的效果更佳,这一点与之前AOD-BI系统在建筑的应用中所表现出来的性质有些不同,在建筑物减隔震的应用中,增大AOD质量比和传动比能够有效的减小隔振层位移,但层间位移却会有所增大;而增加AOD的阻尼系数和弹簧刚度对于增加AOD-BI系统在桥梁中的减震效果似乎作用不大。
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