文摘

双层调谐质量阻尼器(DTMD)宽阻尼频带和强鲁棒性的优点。目前,缺乏基于DTMDs高层结构抗震设计方法。在这项研究中,一个DTMD参数优化方法,提出了最小化的目标位移响应峰值的第n阶振动模态的振动质量参与系数为85%。然后,高层结构制造的比例模型,以及相应的DTMD。选择了不同类型的两种地震激励澄清模型的动态响应和没有DTMD,包括Site-II地面运动,长周期(LP)地面运动没有脉冲,由于过程(NFPT)地面运动。结果表明,高层结构的动态响应下LP和NFPT地面运动比Site-II地面运动下要大得多。DTMD可以有效地减少绝对位移响应,在顶层加速度响应和应变响应的测试模型。然而,DTMD延时提供阻尼效应。一个较小的阻尼比之间的上层TMD和控制结构将导致DTMD更重要的阻尼效应。

1。介绍

城市化和经济的快速发展,高层建筑在城市现代化起着重要的作用。高层建筑结构为社会提供便利但也在工程带来新的挑战。不断创新的建筑技术和建筑材料、高层结构变得更轻,更灵活,需要更少的阻尼;此外,低频振动结构主要经验。由于高层建筑的特点,如自然振动周期很长,multiorder模式参与振动,对风的敏感性,和地震响应1- - - - - -4),抗震设计一直是关注的焦点。因此,研究人员进行了一系列的改善高层结构的抗震性能研究,关注应用程序核心筒组合结构和能量耗散的措施。

钢筋混凝土(SRC)和钢管混凝土钢管(钢管)近年来被广泛应用于高层结构。上海中心大厦的岩芯管采用SRC结构,并通过1/40-scale模型的振动台试验,田et al。5)表明,该结构能满足设计要求的抗震性能目标。曹(6,7了北京中国樽为原型,通过一系列的抗震性能测试,发现钢管mega-column(复杂截面和多腔)可以显著提高结构的承载力和弹性变形能力。广州新电视塔(8)和天津金塔(9)采用钢管混凝土巨型柱作为主要成员。通过理论分析和实验研究,得出的结论是,这些结构有良好的变形能力和延性好,加上某些地震储备能力。聂et al。10王),et al。11),Uy et al。12),其他学者也进行了一系列的研究核心筒复合结构的承载力和抗震性能,在高层结构申请证明了它们的有效性。目前,世界范围内的研究表明SRC和钢管可以明显改善结构的抗震性能;然而,建筑高度不断增加,这也导致其力学性能的要求也越来越高。钢筋和混凝土之间的连接性能是一个关键参数影响筒组合结构体系的抗震性能,但它们之间的连接机制的定量评价方法仍然是不完美的。

因此,引入能量耗散的措施在高层结构已经成为一个研究热点。唐(1330设置粘滞阻尼器在南京奥体中心的观光塔风致振动控制。结构的动态响应降低,观光平台的舒适要求得到满足。Venanzi [14)有效地减少了高层结构在风荷载下的动态响应通过设置一个优化调谐质量阻尼器(TMD)。风扇等。15)高级消防水箱作为一个质量块与粘滞阻尼器相结合后形成TMD系统有效地抑制共振响应的北京奥运大厦由密集的人群荷载引起的。Armali et al。16]研究了振动控制40层楼那么高的摩擦阻尼器和优化阻尼器的数量和位置。结果表明,摩擦阻尼器可以显著降低地震荷载作用下结构的动力响应和验证摩擦阻尼器在高层结构的有效性。梁(17]研究了高层建筑结构的抗震控制金属阻尼器。结果表明,金属阻尼器有良好的抗震性能,取得了预期的地震控制效果。钱和丁18了北京中央电视台塔作为原型,分析了影响的环形调谐液体阻尼器(TLD)塔1/150-scale模型的振动台试验。结果表明,TLD能有效地降低结构的共振响应的第一个模式。珠海金山建筑(19)和大连国际贸易大厦20.)设置一个矩形TLD水箱上的主要结构;这显然降低顶部的加速度响应和提高建筑风荷载下的安慰。Naeim et al。21]介绍了高层结构与颗粒阻尼器在圣地亚哥的中心,而遭受2010年的智利地震。在某种程度上,这项研究表明,颗粒阻尼器可以应用于高层结构。陆et al。22)应用调整颗粒阻尼技术高层结构的风致振动控制问题,表明粒子调谐阻尼器可以用来减少的风致振动响应的高层结构。王(23- - - - - -25]介绍了一种自适应TMD可以重新调整它的频率和阻尼比实时基于结构的振动状态。自适应TMD是应用于一个风敏感混凝土烟囱。,结果表明,自适应TMD有更好的控制效果和鲁棒性比被动TMD。王等人。26]介绍了调谐液柱Damper-Inerter (TLCDI)系统来控制相邻高层建筑的地震反应。结果表明,最优TLCDI系统可以显著降低峰值加速度的两个相邻的高层建筑。最近的研究表明,不同类型的阻尼器取得了一些有益的高层结构的抗震控制的性能。能量耗散措施可以减少地震响应,风致响应和人为振动的高层结构在一定程度上。然而,由于multiorder模式参与高层结构的振动,上述所有在地震控制阻尼器有一定的局限性。单个TMD、TLD只能减少一个低阶的振动(或一个特定的顺序)的控制结构,及其鲁棒性很差。软金属阻尼器的钢构件可能产生大变形时。此外,相比一个单层建筑,高刚度的高层结构,能够提高金属阻尼器的刚度是有限的和当地的能量耗散并不明显。摩擦阻尼地震后可能会产生一个永久位移,从而要求在后期维护和保护;此外,永久位移将大大削弱了阻尼器的阻尼性能。 The damping effect of viscous dampers is closely related to the displacement and velocity of the controlled structure, and the energy dissipation and damping capacity are limited for long-period and low-frequency high-rise structures. The particle dampers have good robustness and good control effects on the multiorder modes of structures, but their damping effects are poor before the damping particles start to vibrate. The adaptive TMD can avoid the disadvantage of poor robustness of traditional passive TMD, and the TLCDI system can provide a certain damping effect on both adjacent buildings. However, the design and practical operability of the adaptive TMDs and the TLCDI systems are more complex than those of passive TMDs. The adaptive method and simply application method of the adaptive TMDs and the TLCDI systems are still a hotspot study.

近年来,理论和技术为多个tmd (mtmd减)一直在迅速发展27- - - - - -30.]。与TMD相比,一个MTMD减减振频带,具有更好的鲁棒性,并提供一定的阻尼效应在微振。李(31日],Bandivadekar和Jangid [32],Tharwat [33)等人研究了MTMD减在工程中的应用,结果表明MTMD减为结构抗震控制优越的应用前景。此外,王et al。34]引入了adaptive-passive变质量多个TMD (APVM-MTMD)系统,并提出了一种大跨度楼板结构作为一个案例研究。结果表明,阻尼系统可以重新调整自己,最好振动控制效果。德(35]研究了multi-TMDI (MTMDI)的振动控制系统和应用它相邻的高层建筑。MTMDI系统安排在相邻建筑之间。相邻结构的相对加速度响应可以引入一个大的反作用力在MTMDI隔板装置。的反作用力,MTMDI可以减少相邻建筑物的动态响应。提供更好的加速优化MTMDI阻尼控制相邻高层建筑比传统MTMD减或一个TMDI。然而,由于复杂的结构MTMD减MTMDI系统,应用方法MTMD减和MTMDI需要进一步研究。作为一种特殊的MTMD减的情况下,一个双层TMD (DTMD)不仅结构简单,而且还具有成熟的理论分析。此外,DTMD也有一个明显的阻尼控制能力和更好的鲁棒性结构抗震控制(36- - - - - -38]。然而,应用方法和阻尼效应DTMD实际结构仍不清楚,特别是对高层结构在地面运动与长周期特征。

,通过建立自由的DTMD-single-degree(应用)系统和参数优化理论、DTMD与优化参数设计和制造。然后,DTMD设定比例模型的高层结构。被选为不同类型的地面运动激励输入,如Site-II地面运动,长周期(LP)地面运动没有脉冲,由于过程(NFPT)地面运动有不同的速度。,进行了振动台模型试验所取得的一系列分析的DTMD高层结构的阻尼效应。

2。实验程序

2.1。按比例缩小的模型的描述

实验原型是Liuan塔在中国,身高308米,体重为133588 kN。材料的主要结构是Q345钢(屈服应力是345 MPa)。根据全面的有限元模型的结构(不含天线),前三个订单的固有频率转化形成得到,如表所示1。

考虑震动的承载力表在北京科技大学的,模型的尺度比例是1/20。模型塔与钢板焊接抗衡沿高度方向使其等效质量密度达到2.0。模型是11米的高度没有桅杆。模型的重量是32.2 kN抗衡。按比例缩小的模型是由相同的材料作为原型。其他物理量严格模拟基于相似关系(39表所示)2。因为模型的体重和身高是高和测试模型是轴对称,励磁的只有输入的X方向。加速度、位移和应变传感器用来监测模型的动态响应。测点布置如图1(一)设计,测试模型如图1 (b)。

2.2。模型的动态特性

表3给出了模型的固有频率塔通过输入白噪声信号,以及有限元分析(FEA)的频率结果和理论分析的结果。获得的频率有限元分析和理论分析的结果,首先,原型有限元模型(FEM)构建了基于Midas创V2019平台。然后,原型的频率有限元分析(见表1)。其次,扩展模型的理论频率可以通过乘以频率有限元原型的相似系数(见表2)。然而,扩展模型的有限元分析的频率可以直接通过扩展有限元法的分析结果基于Midas创V2019平台。

根据表中的数据3,从扩展有限元分析获得一阶频率的偏差和相似理论在8%,二阶和三阶频率的偏差小于5%。此外,相应的频率之间的偏差的测试模型和数据扩展家人也在10%。考虑到设置错误的附加质量和制造错误的按比例缩小的模型,按比例缩小的测试模型和扩展有限元分析模型能反映实际的应力和变形状态的原型2]。

2.3。测试条件

Liuan塔位于二级网站(Site-II),与7-degree设防区。而且,设计地震组是第一组。在这种情况下,设计地震反应谱模型的塔是首先确定根据建筑抗震设计规范》(GB 50011 - 2010),和典型的周期范围的设计反应谱也决定4∼9年代基于原型塔的基本振动周期。然后,三个Site-II地面运动从数据库中选择的同伴。此外,为了研究月结构的动态响应规律NFPT和LP的地面运动下,三个NFPT地面运动和三个LP地面运动没有脉冲也选择网站相同的条件。工程场地的地震动反应谱曲线如图所示2。

如图2所示,选择NFPT和LP的地面运动都有长周期效应的特点。NFPT和LP的地面运动的光谱值相对较大的长周期(4∼9年代),这很容易引起较大的原型结构的动力响应(一阶振动周期约为7.5)。与NFPT和LP的地面运动相比,频谱的价值选择Site-II地面运动是长周期范围相对较小(4∼9年代)。详细的信息在每个地面运动如表所示4。值得注意的是,这三个NFPT地面运动有不同的速度脉冲周期(vpp)。然而,7.50年代的VPP基本上是相同的原始的自然振动周期结构(7.58秒)。此外,它还可以看到括号和能源有限合伙人的持续时间更长的时间比NFPTs和Site-II动作。因此,相同的PGA,控制结构的动力响应的有限合伙人可能会大于下NFPTs下Site-II运动。

因为地震设防烈度7°,频繁的地震峰值加速度对应E1和E2设防地震分别为0.035 g和0.1 g,分别。考虑到测试过程的安全性和有效性的阻尼器,只考虑上述两个加速度峰值。根据表2,E1和E2的峰值加速度调整为0.35 g和1.0 g,分别。地面运动输入沿着水平方向(X方向)与阻尼的振动方向相同。

3所示。阻尼的设计方案

3.1。阻尼器参数的优化方法

3.1.1。力学模型的双层调谐质量阻尼器(DTMD)

如图3(一个)、DTMD由上层TMD和TMD系列和低上TMD控制结构相连。DTMD如下:工作上调谐质量可以通过万向铰链摆动在控制结构C(它可以调整为单向的铰链单向振动时,下面的一样)和连杆d低调谐质量可以摆上调谐质量通过万向铰链E和F连杆。

根据建筑抗震设计规范》,采用模态分解反应谱法,水平地震作用只能在第一个2 - 3模式结构不使用扭转耦合计算。时可以适当增加模式的数量自然振动周期大于1.5秒或当建筑物的height-width比大于5。忽视每个转化形成的耦合效应的高层结构和第一n订单平移自由度模为例,我订单转化形成可以被看作一个应用结构相同的振动频率相同质量和参与我秩序的形成。我们假设质量,刚度和阻尼系数的应用结构米₀,k₀,c₀,分别。上调谐质量的质量米₁并连接到控制结构,其刚度k₁和阻尼系数c₁被提供的通用连杆铰链C和d的质量低调谐质量吗米₂,它的刚度k₂和阻尼系数c₂被提供的通用连杆铰链E和f .外部谐波激励吗 。之间的相对位移响应控制结构和地面 ,和相应的位移响应的上部和下部调谐质量和 ,分别。根据DTMD力学模型图3 (b)方程(1)可以获得36,38,40,41)如下: 在哪里 , , , , 。

如果 ( ),然后可以计算如下:

这里的变量决定如下: 和 ;让 , , , , , ,和 。

方程(2)可以表示如下:

这里的变量决定如下: , , ,和 。

在这项研究中,我们让 和 。然后,位移动态放大因子(DDMF)控制结构可以获得如下:

变量的值计算如下:

3.1.2。参数优化方法

根据DTMD MTMD减参数优化方法,优化利用数值优化方法(38,42- - - - - -46]。然后,应用结构的两个重要的评价参数n订单tmd可以如下:

在这里,P_{max (我)}表示位移响应曲线的峰值,P₁表示平均值的山峰P₂表示的偏差值的峰值。沈(47]介绍了一种双层优化方法调整颗粒阻尼器。然而,该方法没有考虑多模参与的影响。根据表1,累计振动质量参与系数的前三个模式原型达到86%。因此,优化方法的DTMD小时必须考虑多模参与的影响。然后,根据方程(6)和(7)、DTMD的优化参数表达式如下:

在这里,和代表了优化索引1和2的位移响应峰值我分别顺序模式。代表的振动质量参与系数的比值我订单模式的总振动质量第一的参与因素N命令模式。在这项研究中,我= 1,2,3,N= 3,和相应的值 , ,和分别是0.779,0.105和0.116。因为附加阻尼器的质量有重大影响的应力状态控制结构(14,15,18- - - - - -22)和阻尼效应将贫穷当附加质量比过小,调谐阻尼器的附加质量比主要是控制在2% - -5%的范围。在这项研究中,额外的质量比μ的优化DTMD是5%。测试模型是一个钢结构和阻尼比控制结构被设定为0.02,根据测量值。应该指出,控制结构被认为是处于弹性状态和控制结构的阻尼变化(包括土壤阻尼和结构阻尼)没有考虑。和阻尼比的上、下调整质量,分别和它们的值的范围在0 - 0.15和0 - 0.4。λ₁和λ₂代表的自然频率的比率上下调谐质量控制结构,分别。,它们的值都在0.6至1.4的范围。λ是控制结构的固有频率比激发,并在0.60至1.40的范围内。此外,可能会有一些局部最小值和鞍点的优化结果。为了避免局部最小值和鞍点,我们通常画出所有的位移响应控制系统与不同的优化结果和选择最好的一个作为优化参数。图4(一)显示了TMD的优化结果的比较,MTMD减、DTMD。DTMD-SDOF系统的理论优化结果如图所示4 (b)。

如图4(一),优化TMD的减振频带大约是0.16λ₀,而优化的阻尼频带DTMD大大增加到0.30λ₀在同样的优化条件。的频率范围内优化DTMD是更广泛的比TMD。优化DTMD已经基本相同的阻尼优化MTMD减频带。此外,从图可以看出4 (b)的减振效果和鲁棒性DTMD减少与增加上TMD的阻尼比。

3.2。阻尼器设计

实验验证工作也是一个数据支持和方法论的减震器的未来应用参考。将理论优化参数转换为实际可用参数一直是工程领域的热点研究。使用方法(包括设计和制造方法)的优化参数也需要通过实验来验证。根据原型塔的动态参数和优化方法中描述的部分3所示。1DTMD的优化参数,本研究确定,如表所示5。

根据表5可以确定,质量上TMD 和自然频率 ,在这米₀原型模型的阶振型参与质量。同时,无阻尼的最大角位移上TMD总是不足在这项研究中(10度)。角位移的影响可以忽略。然后,上TMD之间的连接刚度和控制模型可以简化为方程(9)。

在这里,等于10.24 rad / s,它代表上层TMD无阻尼的固有频率。重力加速度= 9.8 m / s²。l是有效摆长度370毫米在这个测试。代表之间的距离上连接点和较低的连接点,在这项研究中,它是摆长度一样的有效l。外部弹簧刚度是通过方程(9)和等于7780 N / m。外弹簧的刚度是通过定制的拉簧和满足变形要求长度。

的质量和较低的TMD的固有频率 和 ,分别。因为较低的TMD的质量是相对较小,它的固有频率是由摆长度。然后,摆下TMD的长度是通过 和等于111毫米。基于优化参数表5,较低的等效阻尼比TMD是近似的

在这里,相当于阻尼系数,可以计算出所需的等效阻尼比。在这项研究中,提供了单向的等效阻尼铰链的摩擦。根据能量等效的原则,如果friction-displacement曲线、等效粘性damping-displacement曲线相同的谐波激励下是相同的,那么他们是等价的。摩擦系数μ之间的单向铰链上TMD和更低的TMD获得根据面积等效。

在这项研究中,有关DTMD主要一阶振型和位移响应幅值年代在方程(11)是决定根据DTMD的位移响应幅值。因为模型的阶振型参与质量和附加DTMD满意的质量 ,它们之间的一阶刚度满足 。峰值位移的模型和位移峰值DTMD必须满足的一个方程,如下:

由于参数n= 20,频繁的地震E1下大约是7.0毫米和15.0毫米设防地震E2,分别。摩擦系数等于0.10和0.22,分别。在这项研究中,摩擦系数是通过使用一个钢单向铰链和应用润滑剂。

考虑模型塔的顶部空间,安装阻尼器的位置,弹簧的长度,优化设计参数表5中,上层TMD是由钢箱和抗衡。制衡是安排的质心位置钢框,和上TMD的总重量是99.24公斤。设计DTMD图所示5。

数值优化显示一个较小的阻尼比的连接将导致DTMD更重要的阻尼效应。验证理论结果,这项研究还考虑了不同边界条件下的连接,当学习DTMD的阻尼效应。(1)我(连接充满了聚三氟氯乙烯(PCTFE)和等效阻尼比在0.26 ~ 0.56的范围);(2)ii种情况(连接没有治疗,和等效阻尼系数在0.12到0.25的范围);(3)case-III(连接与油润滑和等效阻尼系数在0.04到0.08的范围)。

此外,上下TMD的位移响应TMD是由位移监测的传感器。,还装有摄像头也用来记录实时阻尼器的运动状态,如图5 (c)。

4所示。实验结果和分析

为了更好地评估地震DTMD的性能和控制效果,绝对位移响应(ADR),均方根(RMS)的绝对位移响应(RMS-ADR)、加速度响应(AR)和应变响应(SR)的顶层进行分析。有效和高效的计算,ADR的下限,基于“增大化现实”技术,和老被确定为0.5毫米,20厘米/ s²,1με,分别。表达式的每个参数的有效RMS和减少比率如下:

在这里,表示的动态响应我时刻,表示模型的响应没有DTMD为每个参数。j可以取的值1、2、3和4代表ADR, RMS-ADR,基于“增大化现实”技术,分别和SR。

4.1。原模型的实验结果

根据三种类型的地面运动中选择部分2.3首先,原始模型的振动台试验。图6显示了动态响应曲线的三种典型地面运动下的顶层。

如图6,模型的位移响应塔主要是低频响应下的三个典型的地面运动,符合高层结构的响应特性。E1和E2的作用,下的adr NFPT地面运动(RSN900)和LP地面运动(RSN74)明显大于那些Site-II下地面运动(RSN56 (130))。此外,这种现象变得更加的激发峰明显增加。E1和E2励磁,adr RSN74下波的振幅下的1.09倍和1.89倍比RSN56(130)波,分别。同时,adr RSN900下波的振幅下的1.21倍和1.85倍比RSN56(130)波,分别。此外,ADR、RMS-ADR AR,并给出模型的SR没有DTMD表6。

如表所示6三种类型的地面运动下,ADR, RMS-ADR,模型的基于“增大化现实”技术和SR值显著增加的荷载的增加幅度。NFPT下模型的动态响应和LP的地面运动是更重要的比Site-II地面运动下。以E2地震为例,平均峰值的adr Site-II地面运动为7.87毫米。相应的值达到11.87毫米和15.33毫米NFPT地面运动和LP地面运动,分别。

当速度脉冲的NFPT地面运动接近原始的自然振动周期模型,模型的动态响应将更重要;这是符合沈等的研究成果。47和徐et al。48]。由于长期的影响高层建筑结构自振周期结构,地面运动的高频分量逐渐过滤掉在传输过程和低频组件的顶层结构大于底部地板上。因此,共振现象将导致一个明显的拉紧的现象下的结构顶层的LP和NFPT地面运动。例如,E2地震下,山峰SRs (S4测量点)的顶层是378.65με,1331.92με和1646.60με在Site-II地面运动RSN56 (130), NFPT RSN900地面运动,分别RSN74和LP的地面运动。相比之下,的值(S1测点)地板底部都是63.24με,193.72με和239.43με在同样的情况下,分别。

4.2。阻尼模型的实验结果

4.2.1。准备基本的动态特性

表7显示了每个模型的一阶频率和DTMD。可以看出,按比例缩小的模型已经可以忽略不计的一阶频率变化前后的测试。因此,模型塔总是在测试期间在弹性阶段,和分析数据显示,可靠性高。与原结构相比,振动频率的测试模型DTMD略有减少。的连接情况下DTMD几乎没有影响DTMD模型系统的动态特性。此外,由于小的重量降低TMD,加速度传感器仅仅是安装在上面的战区导弹防御系统。case-III之下,可以看出,第一个上TMD的自然振动频率与设计频率基本上是一致的。因此,设计和处理DTMD都是有效的。

4.2.2。Site-II地面运动

图7给出了ADR和AR模型的前后DTMD RSN56下安装(130)波。的连接情况下DTMD case-III。

如图7DTMD可以有效降低顶部的位移和加速度响应的测试模型。在最初阶段,这两个模型的位移响应和加速度响应曲线和没有DTMD部分重叠,它们之间的动态响应的差异逐渐增加后期。这一现象表明,DTMD调谐阻尼器;具有同样的特征即阻尼效果不明显的早期阶段,但在后期是显而易见的。表8提供模型的下降比率下的DTMD Site-II地面运动。

如表所示8我,除了少数情况下,DTMD可以提供一个良好的阻尼效果。以RSN56 (130) E2下波地震为例,ADR的比率下降,RMS-ADR,基于“增大化现实”技术,和SR case-III以下测试模型的15.8%,17.2%,16.4%,和17.5%,分别。

平均下降率的动态响应参数的变化规律基本上遵循case-III下减少比率最大,第二大ii种情况下,最小的情况下。以RMS-ADR参数下E2地震为例,平均下降率DTMD的情况下,我仅为10.0%。然而,相应的减少比例的DTMD ii种情况和case-III是12.3%和14.5%,分别。实验结果是相似的优化结果;连接的,较小的阻尼比将导致DTMD更好的阻尼效应。根据实验现象,原因可能是响应的振幅DTMD随上TMD的阻尼的增加。的能量吸收能力DTMD显著影响的阻尼比上调谐质量阻尼器(详细描述部分4.2.5)。

此外,DTMD的阻尼效应还受到激励强度的影响。更大的激发强度DTMD将导致更好的阻尼效应。以case-III为例,在E1和E2作用,平均减少ADR的比率,RMS-ADR,基于“增大化现实”技术,和SR DTMD分别为11.1%和15.0%,11.6%和14.5%,10.5%和13.7%,10.3%和14.5%,分别。这是相关的阻尼机制TMD (14,27- - - - - -30.]。激励幅值的增加,结构响应的动态响应和能量耗散DTMD增加。

4.2.3。由于过程(NFPT)地面运动

图8显示了模型的动态响应的比较之前和之后DTMD安装在一个典型的NFPT RSN900的地面运动。是case-III连接条件。

如图8显示,当地震激励的时间小于0.5秒,测试模型的绝对位移小于8毫米和DTMD在位移响应的控制效果不明显。当测试模型的加速度响应小于5 m / s²(地震激励的时间< 0.3,DTMD加速度反应的控制效果也不明显。然而,经过一段时间的地震激励,DTMD不仅会降低ADR和AR模型,但也将迅速减弱它的动态响应。DTMD有延时之前提供阻尼效应。表9列出了模型的动态响应和减少比率与DTMD NFPT下地面运动。

如表所示9、DTMD为模型具有明显的减振效果下NFPT地面运动的阻尼效应下DTMD RSN900是最重要的。下case-III E2地震为例,ADR的比率下降,RMS-ADR,基于“增大化现实”技术,和SR RSN900波达到22.8%,24.9%,25.0%,和22.1%,分别明显高于其他NFPT地面运动下相应的值。即当VPP NFPT地面运动接近的自然振动周期结构,结构的动态响应放大然后DTMD将提供更好的阻尼效应。

DTMD的影响规律与不同边界情况下NFPT Site-II下地面运动类似于地面运动。DTMD case-III下的阻尼效果最好,一个贫穷的情况下阻尼效应。以E2励磁下的农业研究所为例,平均下降率DTMD的情况下,我仅为10.9%。相比之下,相应的平均下降率DTMDs ii种情况和case-III分别为15.1%和19.0%,分别。每个动态响应的下降比率参数激励频率的增加而增加。以case-III为例,在E1和E2作用,平均减少ADR的比率和RMS-ADR从12.6%增加到17.3%和13.0%到20.4%,分别。在这种情况下,AR和SR的平均下降率从12.4%增加到19.0%和12.7%到17.5%,分别。

4.2.4。长周期(LP)地面运动

数据9(一个)和9 (b)显示ADR和AR模型的前后DTMD case-III RNS74波下的安装。

图9表明DTMD可以明显减少ADR的振幅和AR模型的LP地面运动。模型的动态响应和减少比率与DTMD LP地面运动是在桌子底下10。

如表所示10,除了负面降低率在少数情况下,DTMD可以提供良好的能量耗散能力在LP地面运动。下case-III E2激励作为一个例子,每个动态响应测试的减少比例模型是RSN74下超过22%。相似下的边界条件法NFPT地面运动和Site-II地面运动、DTMD的阻尼效应是有限的,当连接的阻尼比增加。以E2励磁下的RMS-ADR为例,平均下降率DTMD的情况下,我仅为15.2%。然而,相应的DTMDs平均下降率的情况下II和III是20.1%和23.7%,分别。激励强度也有同样的影响规律,根据NFPT Site-II地面运动,和每一个动态参数的降低利率LP地面运动增加激励强度的增加。以case-III为例,平均减少ADR的比率,RMS-ADR,基于“增大化现实”技术,和SR E1励磁是13.6%,14.5%,13.7%,和13.6%,分别。相比之下,相应的减少DTMD的比率高达21.1%,23.7%,22.4%,和22.1%的E2激发下,分别。

4.2.5。比较下DTMD阻尼效应的三种类型的地面运动

进一步研究下DTMD的阻尼效应三种类型的地面运动,人物10提供了一个比较的平均下降率DTMD不同的连接情况下和在不同的地面运动。

如图10,除了某些情况下我下,阻尼的影响下的DTMD LP地面运动比NFPT下Site-II地面运动;在3、DTMD Site-II地面运动下的阻尼效果相对较差。此外,更大的激发强度(更重要的动态响应)将导致DTMD更好的阻尼效应。LP的地面运动和Site-II case-III下地面运动,ADR的平均下降率的差异,RMS-ADR,基于“增大化现实”技术,和SR E1激发以下2.5%,2.9%,3.2%,和3.3%,分别。然而,相应的差异达到6.2%,9.2%,8.7%,和7.6%的E2激发下,分别。同样,几乎没有区别LP地面运动和NFPT地面运动的减少比率下的上述参数DTMD E1激发。然而,E2激发下,阻尼的影响下DTMD LP地面运动显然比下NFPT地面运动。以case-III为例,平均下降率之间的差异下的DTMD NFPT地面运动和LP地面运动是在0.9%到1.5%的范围E1激发。然而,相应的E2激发下差异达到3.3%到4.6%。此外,DTMD NFPT地面运动下的阻尼效果也明显优于下Site-II地面运动。 Except for individual parameters in case-I, the difference in the average decreasing rates of the DTMD between them also increases with the increase in excitation intensity. Taking case-III as an example, the difference in the average decreasing ratios between the NFPT and Site-II ground motions under E1 excitation is approximately 1.8%. The corresponding difference reaches 4.1% under E2 excitation. To further study the damping mechanism of the DTMD, Figures(11日)和11 (b)显示的位移响应时间历史上TMD Site-II下地面运动RSN56(130)和LP RSN74地面运动。图11 (c)和11 (d)显示ADR减少比率的比较在两种典型地面运动具有不同边界情况。

如数据所示(11日)和11 (b)下的位移响应上TMD LP地面运动RSN74显然比下Site-II地面运动RSN56(130)和这一现象变得越来越明显与激励强度的增加。例如,它们之间的位移振幅的差异E1条件下是2.94毫米,而E2条件下是7.03毫米。同样的激励,上层的位移响应TMD E2条件下显然比E1条件下。以RSN74为例,上TMD的位移振幅E1和E2条件下是10.80毫米和20.73毫米,分别。

从数据可以看出11 (c)和11 (d)连接的,较小的阻尼比将领导一个DTMD的阻尼能力更重要。结合数据(11日)和11 (b),也可以得出结论,DTMD的动态响应有显著影响的阻尼能力。更大的反应上TMD将导致重大DTMD阻尼容量。下case-III E2激励为例,根据Site-II地面运动RSN56(130)和LP地面运动RSN74, ADR的下降率是15.8%和24.7%,分别。结合分析部分4.1可以看到,地下结构的动力响应与长周期运动特征(LP和NFPT地面运动)较大,DTMD越大,对应的响应和DTMD更好的阻尼效应。它还可以看到DTMD需要一定的振动持续时间的动态响应曲线DTMD本身。对于本研究的测试结果,DTMD的反应很小(< 0.5毫米),当激励持续时间小于0.5秒,显示DTMD需要一定的激发时间施加阻尼效果。进一步优化方法来减少延时DTMD阻尼效应将会是未来研究的重点。它应该指出的时间延迟DTMD也将和能源相关地面运动的持续时间。然而,DTMD的阻尼特性主要受相对DTMD的动态响应和控制结构。得多复杂构造之间的关系将或能源工程场地的地震动持续时间和时间延迟DTMD的阻尼效应的性质。

此外,模式形状分解反应方法的概念被用来优化DTMD [49]。然而,实际的地震响应的小时要复杂得多,由于参与多个模式和unharmonic地面运动。因此,实际的阻尼效应DTMD可能有显著差异的优化阻尼效果。作为表8- - - - - -10表明,结构的动态响应可能被放大后DTMD安排在某些情况下。,实际平均降低率在5%∼15%的范围。相比之下,理论减少比例的DDMF优化DTMD谐振谐波激励下可以达到80%,减振效果的优化DTMD控制结构也可以超过50%,考虑到大众参与比前三个模式。因此,参数优化方法的有效性DTMD基于谐波激励是不确定的。在实际抗震设计中,非线性时程分析或模型试验验证优化所需的参数。

5。讨论

5.1。比较UTMD和DTMD阻尼效应的小时

比较的阻尼效应UTMD(质量相同DTMD)和DTMD小时,振动台模型的测试与UTMD也进行了。解决UTMD的位置被选为DTMD一样。UTMD如图的安排12。地面运动被选为先前描述的相同的表4。图13提供模型的动态响应时间历史曲线没有阻尼,与DTMD UTMD,在典型的地面运动。的连接情况下UTMD case-III和DTMD是相同的。

如图13所示,UTMD也可以有效降低模型的位移和加速度响应下RSN69 (249)。然而,UTMD RSN74下增加模型的动态响应。E2激励作为一个例子,UTMD的下降比率16.1%,−12.7%在RSN69(249)和RSN74,分别。然而,DTMD既能有效地减少模型的动态响应。因此,阻尼的健壮性DTMD比UTMD要好。此外,模型的响应衰减与DTMD更快比UTMD在后来激发阶段。图14给UTMD的下降比率的比较和DTMD按比例缩小的模型。

如图14显示,相比之下,DTMD的平均阻尼效应(AR的ADR占14.9%,15.5%),UTMD有穷平均阻尼效应(AR的ADR占2.1%,2.4%)。DTMD可以提供更多有效的阻尼效应比UTMD小时。进一步分析的阻尼效应UTMD DTMD,人物15提供了比较的PSD(功率谱密度)模型的加速度UTMD和DTMD下典型的地面运动。

如图15所示,UTMD只有一个更好的模型的一阶振动的减振效果。UTMD不能提供有效的高阶振动模型的阻尼效应。因此,阻尼UTMD差的鲁棒性。DTMD可以有效降低一阶振动响应和高阶模型的振动响应。阻尼的频带DTMD UTMD显著大于。原因是阻尼频带或鲁棒性DTMD主要受到低质量阻尼器的影响。较低的调谐质量阻尼器应用调优系统控制上调谐质量阻尼器的动态响应可以提高阻尼频带上调谐质量阻尼器。

5.2。获得额外的等效阻尼比的方法

控制结构的等效阻尼比可以用(近似14)下的自由振动测试。 在哪里和代表两个选择振幅隔开米振动周期,分别。π是圆形的常数。应该注意的是,上面的等效阻尼比计算方法几乎可以用于实践。实际结构的自由振动试验是极其困难的。以研究中的模型塔为例,测试模型的高度是11 m和模型的总重量是32.2 kN。几乎是不可能应用的初始位移的测试模型。另一方面,它不能简单地使用谐波激励或地面运动模拟初始位移的激发。此外,附加阻尼比的DTMD相关的动态响应和损伤状态控制结构。DTMD等效附加阻尼比的是非线性的。因此,系统的等效阻尼比在实践中不能获得的。

目前,建筑抗震设计规范》(GB 50011 - 2010)提供有效阻尼比的计算方法displacement-related(金属摩擦阻尼器,等等)和velocity-related(粘性、粘弹性阻尼器等)的能量吸收器。displacement-related的有效阻尼比和非线性velocity-related能量吸收器连接到结构可以估计以下方程: 在哪里表示的有效阻尼比能量吸收器。代表的能源消耗jth能量吸收器在加载周期预计interstory位移 。而且,代表结构的总应变能量与能量吸收器在相同预期interstory位移。此外,有效阻尼比的能量吸收器连接到结构可以由强迫解耦方法时吸收的能量分布均匀的结构,以及有效阻尼比小于20%。

上述讨论,计算有效的阻尼比,消散的能量吸收器的加载控制结构的周期和总应变能在预期interstory位移需要确定。因此,吸收器的等效附加阻尼比与结构通常是获得如下:(1)进行力学性能(滞回性能)测试的吸收器。获得的能量耗散能力吸收器在一个预期的位移。(2)参数化滞回阻尼装置的能量耗散能力。建立有限元模型的控制结构与吸收器。(3)进行非线性时程分析的有限元模型。获得预期的位移与吸收器的结构,以及消散的能量吸收器在预期的位移。(4)进行推覆分析或结构的简化理论计算模型与吸收器,并获得的总应变能控制系统在预期的位移。(5)最后,计算附加有效阻尼比的能量吸收器由方程(15)。

众所周知,调谐质量阻尼器的阻尼效应(如DTMD, TMD, MTDM)不仅是相关的调优效果调谐质量(控制结构的吸收动能),但也与能量耗散的阻尼装置上安装它(动能耗散控制结构)。调谐质量阻尼器之间存在能量交换和控制结构在整个振动过程。因此,在谐波激励下,我们可以获得额外的调谐质量阻尼器的等效阻尼比上面的过程。然而,在实际的地面运动的能量耗散能力调谐质量阻尼器在一个预期的位移并不统一,这是有关加速度,速度,位移时间系统的历史。系统的总应变能量也不能通过简单的容易做的事情或简化计算方法(很难考虑的贡献调谐质量阻尼系统刚度)。因此,DTMD的抗震设计方法仍处于探索阶段。

6。结论

在这项研究中,一个典型的高层结构的比例模型是捏造的。选择澄清了许多两种地震激励高层结构的动态响应,包括Site-II地面运动,NFPT地面运动具有不同速度脉冲周期,和LP的地面运动。然后,基于最小化位移峰值的第n阶振动模态质量参与系数为85%,DTMD提出了一种参数优化的方法。此外,DTMD优化参数设计和制造。最后,很多规模模型进行振动台试验和DTMD。本研究的主要发现如下:(1)高层结构的动态响应下的LP和NFPT地面运动下明显高于Site-II地面运动。当速度脉冲的NFPTs接近自然高层结构的振动周期,ADR, AR, SR高层结构更重要。E2地震激励下的平均振幅adr在LP和NFPT地面运动下的1.95倍和1.51倍比Site-II地面运动下,分别。此外,振幅的SRs的顶层结构达到1646.60με和1331.92με分别在LP和NFPT地面运动,即。,米uch greater than those of the bottom floor (239.40 με和193.72με)。(2)DTMD优化提供了一个广泛的阻尼频带和很好的鲁棒性。更大的激发强度DTMD将导致更好的阻尼效应。然而,DTMD也有一些阻尼容量时,外部激励强度很小。E2地震激励下,平均减少ADR的比率,RMS-ADR,基于“增大化现实”技术,和SR是15.0%,14.5%,13.7%,和14.5% Site-II地面运动下,分别。上面的四个参数的平均下降率是17.3%,20.4%,19.0%,和17.5% NFPT地面运动下,分别。相应的值是21.1%,23.7%,22.4%,和22.1% LP地面运动下,分别。下的阻尼能力DTMD LP和NFPT地面运动比在Site-II地面运动。此外,DTMD将提供一个更好的阻尼效应的速度脉冲周期NFPT地面运动接近的自然振动周期结构。(3)连接上的较小的阻尼比TMD将导致更好的DTMD的阻尼效应。过度阻尼比为这个连接将诱导阻尼器成为整个结构。因此,DTMD将无法应对措施控制结构的振动状态的变化。DTMD的阻尼能力会下降。DTMD需要一定的激励持续时间对其阻尼控制效果。在这项研究中,当激励持续时间小于0.5秒,DTMD的动态响应相对较小。因此,DTMD的阻尼能力不能充分意识到。进一步优化方法来减少延时DTMD阻尼效应将会是未来研究的重点。

数据可用性

数据请求到相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

Botan沈和Weibing徐同样对这篇文章作出贡献。

确认

本研究在一定程度上支持中国的国家自然科学基金(批准号51978021和51978021)。北京市教育委员会(批准号。IDHT20190504和KM201910005020)我将非常感谢。这项工作也支持中国国家重点研发项目(批准号2017 yfc1500604和2017 yfe0103000)。他们的支持。