密集频率结构减震用分布式多TMD的参数优化研究.docVIP

  密集频率结构减震用分布式多 TMD 的参数 优化研究# 文永奎，胡九战* 5 10 （北京交通大学土木建筑工程学院，北京 100044） 摘要：就多模态密集频率结构的减震问题，建立分布式多 TMD(tuned mass dampers)对地震 激励下多自由度结构实现多模态减震的力学模型，并表达了闭环静力反馈控制作用，研究了 具有较高优化效率的基于 H2 性能的梯度优化法实现对多模态调谐减震的 TMD 的参数优化。 以构建的理想三自由度密频结构为例，优化出分布式多个 TMD 的最优参数，与经典 TMD 优化方法对比，结果表明基于 H2 性能的梯度优化法优化的 TMD 针对多模态密频结构具有 更好的减震性能。 关键词：振动控制；密频结构；TMD；H2 性能；梯度优化法 中图分类号：TU311.3 15 Study on parametric optimization of distributed TMDs for seismic control of structure with closely spaced frequencies WEN Yongkui, HU Jiuzhan (School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044) 20 25 30 35 40 Abstract: To investigate control of seismic response of structure with closely spaced modal frequencies, mechanical model of combined system of the structure with distributed tuned mass dampers（TMDs）was established, which represents a closed loop system with a decentralized static output feedback control action. And a method based on H2 performance criterion and gradient-based optimization was developed to optimize the parameters of the distributed TMDs. An ideal structure model with three degree of freedoms and closely spaced frequencies was taken as a case study. The parameter optimizations and control effect of the distributed TMDs were simulated. Comparing with the classic method, results shows that more efficiency of the distributed TMDs for the seismic control can be achieved for the developed method. Key words: vibration control; structure with closely spaced frequencies; Tuned Mass Damper; H2 performance criterion; gradient-based optimization method 0 引言 TMD 为一种被动式装置，具有构造简单、易于安装维护以及不需要提供外部能源等优 点，而广泛应用于土木结构的减震。目前，针对单个 TMD 优化设计已做了大量研究。经典 的单 TMD 优化设计，通常采用单自由度主结构模型，以动力放大系数为性能目标函数实现 参数优化。Den Hartog 较早地研究了针对无阻尼单自由度结构减振的 TMD，并给出参数的 优化过程[1]；Ioi 和 Ikeda 进一步给出了单自由度结构存在弱阻尼时，TMD 参数优化的经验 公式[2]。对多自由度结构的减振，Warburton 假定所控制的模态与临近模态间为非密集状态， 依据所控模态将结构简化为单自由度体系，以实现 TMD 的参数优化[3]，本文称为经典方法。 对于模态呈密集状态的结构，即密频结构[4]，由于模态间耦合程度高，相互影响较大，在优 化多个 TMD 时，经典方法仍将每个 TMD 依据所控模态分别优化，将面临着应用的局限性。 基金项目：国家自然科学基金青年科学基