基于能量法的TMD参数优化设计.pdfVIP

维普资讯 第 25卷第 2期 华 中 科 技 大 学 学 报(城市科学版) Vo1．25No．2 2008年 6月 J．ofHUST．(UrbanScienceEdition) Jun．2008 基于能量法的TMD参数优化设计 卜国雄 ， 谭 平 ， 周福霖 ， 杨 武。 (1．哈尔滨工业大学深圳研究生院，广东 深圳 518055；2．广州大学，广东 广州 510405； 3．中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430056) 摘 要 ：以主结构在整个地震过程 中吸收的能量值最小作为优化准则，考虑 了主结构阻尼 的影响，通过非线性 规划的数学方法得出TMD的最优频率比和最优阻尼 比，并采用最小二乘法拟合出相应设计参数的数学表达 式，提 出了在地震随机作用下 ，基于能量法 的TMD参数优化设计方法 ，并进一步分析 了TMD质量 比、阻尼 比、 频率比与主结构能量的影响关系。数值模拟结果表明，该方法与传统设计方法比较，主结构吸收的能量更小。 关键词：调谐质量阻尼器； 能量法； 最优频率 比； 最优阻尼比； 非线性规划； 最小二乘法 中圈分类号：TU311．3 文献标识码 ：A 文章编号 ：1672—7037(2008)02—0026—05 调谐质量阻尼器 (TunedMassDamper，简称 结构的能量 (输入能)小于结构的耗能能力时，结 TMD)是 目前高层建筑和高耸结构振动控制中应 构是安全的，反之结构将会破坏 [7叫]。调谐质量阻 用较早的结构被动控制装置之一 。TMD系统是 尼器作为一种吸振减振装置，其对结构 的减振过 由弹簧 、阻尼器和质量块组成的振动系统 ，它对结 程 ，本质上也是一个能量 的传递 、转化与耗散过 构进行振动控制的机理是 ：当结构在外部激励作 程。当地震对结构作用时(对结构输入能量)，激起 用 下产生振动 时，带动 TMD 系统一起振 动， 附加在结构上 的TMD子结构 的运动，从而将主 TMD系统相对运动产生的惯性力反作用到结构 体结构的部分能量传递给 TMD子结构 ，TMD子 上 ，调谐这个惯性力 ，使其对结构的振动产生抑制 结构在往返运动中，通过阻尼把能量消耗掉 ，减少 作用 ，达到减小结构振动反应的 目的[1]。 主结构能量输入，保障主体结构的安全和舒适度 。 因此，为了能使 TMD达到最好的控制效果， 因此 ，有必要对 TMD子结构 的各参数进行优化 必 须 对 TMD 的 参 数 进 行 优 化 设 计[2叫]。 设计 ，使它对主结构具有最大的耗能效果 ，进一步 Ormondroyd和 DenHartog(1928)最早研究 了主 提高结构的综合性能。 结构中没有阻尼时的无阻尼和有阻尼动力吸振器 理论 ，他们提出了吸振器的基本原理及确定参数 1 基于能量法的TMD优化设计 的过程 。Bishop和 Welbourn(1952)分析 了有阻 尼主系统的动力吸振器[5]。Warburton列表给出 1．1 TMD一结构计算模型及响应分析 了各种外激励情况下特定质量 比的吸振器的各调 如果将结构简化为单 自由度体系 ，则结构加 谐参数的优化值计算公式[6]。传统的TMD参数 上TMD减振装置后的计算模型如图1。该TMD一 优化设计方法 ，主要是将主体结构位移均方根和 结构体系的运动方程为 加速度均方根最小作为优化 目标 。虽然以主结构 位移最小作为优化准则，基本上确定 了外激励下 结构 的整体性 ，但不 能从最本质 的原理 (即能量 上)说明。本文提出以主结构输入能量最小为优化 目标 ，进行 TMD的参数优化设计 ，使得在 随机荷 载作用下 ，主结构的输入能量最小 。 从本质上讲 ，地震和风对结构 的作用就是一