滚动碰撞式调制质量阻尼器减振性能试验研究
发布时间：2021-08-24 18:04
对一种可以置入空腔楼板内部空间的滚动式带碰撞调制质量阻尼器（PTRMD）的减振性能进行了试验研究。该装置结合碰撞调制质量阻尼器（PTMD）和滚动式调制质量阻尼器（TRMD）的特点,由质量碰撞体（小球）、弧形轨道以及弧形轨道上的限位装置构成。介绍了该减振装置的构造和工作原理,设计并完成了带有该减振装置的框架结构模型振动台试验。选用自由振动、简谐激励和地震波等多种工况对模型结构设置阻尼器前后的动力响应进行了对比分析。试验结果表明:采用PTRMD作为减震装置,能够显著降低模型结构在不同激励下的位移响应幅值、位移响应均方根和加速度响应幅值、加速度响应均方根,具有较强的耗能能力。简谐激励作用下,激励频率与主结构频率一致时取得最优减震效果;不同地震波激励输入时,PTRMD取得的减震效果有所不同。
【文章来源】：振动工程学报. 2020,33(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
主结构共振时框架顶部位移时程曲线（f=2.27Hz)
将简谐激励的频率在模型结构基频附近变化，分析PTRMD对激励频率的敏感性，试验结果如图8所示。图8(a）为不同频率激励下有控和无控框架模型顶层最大位移对比图，可发现PTRMD均有很好的减震作用。特别是当外界激励频率接近且大于主体结构的自振频率（2.27 Hz）时，阻尼器能在较宽的频段上抑制主体结构的振动响应，适应性强；但当外界激励频率小于且偏离主体结构的自振频率一定程度时，阻尼器的减振效果欠佳。将图8(a）无量纲化，横轴为激励与结构基频频率比r，纵轴为有控结构位移幅值P与无控结构位移幅值P0之比，如图8(b）所示。可看出，频率比等于0.95时，有控结构出现了结构响应的放大，这与文献[15-16]在传统碰撞阻尼器试验中的特性相似。观察试验发现滚球振子与碰壁发生了多次同向碰撞，即在碰撞瞬间主结构的运动方向与滚球振子的运动方向相同，这便是在该激励下结构响应放大的原因；而当频率比在0.975-1.100之间时，在较宽的频带内PTRMD都能有效地减小主结构的位移响应，控制频率范围扩大。3.3 地震波激励
表3-5列出了模型框架在不同地震波激励下框架顶部产生的动力响应，包括位移幅值、加速度幅值以及位移响应的均方根和加速度响应的均方根。图9-11则分别为3种地震波作用下对应的无控结构与有控结构的动力响应时程曲线。从试验结果可以看出，3种地震波激励作用下，装有PTRMD阻尼器的框架结构动力响应普遍比无控结构的小，特别是均方根响应的减小较为明显，其中位移响应均方根的减震效果为26.54%-54.19%，加速度响应均方根的减震效果为26.16%-54.55%，表明新型滚球式碰撞调制质量阻尼器确实可以吸收并消耗掉结构体系很大一部分的能量，从而实现对主结构的振动控制作用。试验同时发现，不同的地震波激励下PTRMD的减震效果也不尽相同。3种地震波激励下以El Centro波作用下的减震效果最好，位移幅值响应减小了25.91%;Kobe波激励下的减振效果较差，位移响应幅值仅减小0.21%，且加速度幅值还有些许放大，不过两者的响应均方根均减少了26%以上。分析发现，El Centro波和Cape Mendocino波的卓越频率集中在2.3Hz及2.4Hz附近，这一频率与模型框架主结构的自振频率很接近，而试验中使用的Kobe波的能量主要集中在1.0-1.5Hz范围[17]，低于主结构自振频率（图12），这一结果与本文3.2节中强迫振动的试验结果相似。通过对试验过程的观察发现，Kobe波工况下滚球振子多次与碰撞壁发生同向碰撞，这种碰撞会导致主结构此时的响应放大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]PTRMD在多自由度结构中的减振性能及鲁棒性[J]. 李书进,杜政康,孔凡,沈少波. 建筑科学与工程学报. 2019(01)
[2]滚动碰撞式调制质量阻尼器及其减振性能研究[J]. 李书进,杨微婷,杜政康,孔凡. 振动工程学报. 2018(05)
[3]改进的自调频单摆式TMD的减振性能研究[J]. 施卫星,王梁坤,严俊,单伽锃. 华中科技大学学报(自然科学版). 2018(02)
[4]地震作用下PTMD对JZ20-2MUQ型导管架式海洋平台的减振研究[J]. 李英娜,张井财,薛启超,何建,安宁. 振动与冲击. 2017(18)
[5]地震作用下PTMD对高层钢结构的减振效果[J]. 薛启超,张井财,何建,李英娜,宋晓岩. 哈尔滨工程大学学报. 2017(03)
[6]调谐质量阻尼器与颗粒阻尼器对比试验研究[J]. 鲁正,王佃超,吕西林. 地震工程与工程振动. 2014(S1)
[7]现浇钢筋混凝土密肋空腔楼盖的协同工作性能[J]. 李保德,李晶晶,傅礼铭. 武汉理工大学学报. 2009(10)
[8]双向密肋空腔楼盖技术在大型商业建筑中的应用[J]. 陈颖环,傅礼铭. 华中建筑. 2007(10)
[9]质量阻尼器的发展[J]. 李春祥,刘艳霞,王肇民. 力学进展. 2003(02)
本文编号：3360467
【文章来源】：振动工程学报. 2020,33(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
主结构共振时框架顶部位移时程曲线（f=2.27Hz)
将简谐激励的频率在模型结构基频附近变化，分析PTRMD对激励频率的敏感性，试验结果如图8所示。图8(a）为不同频率激励下有控和无控框架模型顶层最大位移对比图，可发现PTRMD均有很好的减震作用。特别是当外界激励频率接近且大于主体结构的自振频率（2.27 Hz）时，阻尼器能在较宽的频段上抑制主体结构的振动响应，适应性强；但当外界激励频率小于且偏离主体结构的自振频率一定程度时，阻尼器的减振效果欠佳。将图8(a）无量纲化，横轴为激励与结构基频频率比r，纵轴为有控结构位移幅值P与无控结构位移幅值P0之比，如图8(b）所示。可看出，频率比等于0.95时，有控结构出现了结构响应的放大，这与文献[15-16]在传统碰撞阻尼器试验中的特性相似。观察试验发现滚球振子与碰壁发生了多次同向碰撞，即在碰撞瞬间主结构的运动方向与滚球振子的运动方向相同，这便是在该激励下结构响应放大的原因；而当频率比在0.975-1.100之间时，在较宽的频带内PTRMD都能有效地减小主结构的位移响应，控制频率范围扩大。3.3 地震波激励
表3-5列出了模型框架在不同地震波激励下框架顶部产生的动力响应，包括位移幅值、加速度幅值以及位移响应的均方根和加速度响应的均方根。图9-11则分别为3种地震波作用下对应的无控结构与有控结构的动力响应时程曲线。从试验结果可以看出，3种地震波激励作用下，装有PTRMD阻尼器的框架结构动力响应普遍比无控结构的小，特别是均方根响应的减小较为明显，其中位移响应均方根的减震效果为26.54%-54.19%，加速度响应均方根的减震效果为26.16%-54.55%，表明新型滚球式碰撞调制质量阻尼器确实可以吸收并消耗掉结构体系很大一部分的能量，从而实现对主结构的振动控制作用。试验同时发现，不同的地震波激励下PTRMD的减震效果也不尽相同。3种地震波激励下以El Centro波作用下的减震效果最好，位移幅值响应减小了25.91%;Kobe波激励下的减振效果较差，位移响应幅值仅减小0.21%，且加速度幅值还有些许放大，不过两者的响应均方根均减少了26%以上。分析发现，El Centro波和Cape Mendocino波的卓越频率集中在2.3Hz及2.4Hz附近，这一频率与模型框架主结构的自振频率很接近，而试验中使用的Kobe波的能量主要集中在1.0-1.5Hz范围[17]，低于主结构自振频率（图12），这一结果与本文3.2节中强迫振动的试验结果相似。通过对试验过程的观察发现，Kobe波工况下滚球振子多次与碰撞壁发生同向碰撞，这种碰撞会导致主结构此时的响应放大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]PTRMD在多自由度结构中的减振性能及鲁棒性[J]. 李书进,杜政康,孔凡,沈少波. 建筑科学与工程学报. 2019(01)
[2]滚动碰撞式调制质量阻尼器及其减振性能研究[J]. 李书进,杨微婷,杜政康,孔凡. 振动工程学报. 2018(05)
[3]改进的自调频单摆式TMD的减振性能研究[J]. 施卫星,王梁坤,严俊,单伽锃. 华中科技大学学报(自然科学版). 2018(02)
[4]地震作用下PTMD对JZ20-2MUQ型导管架式海洋平台的减振研究[J]. 李英娜,张井财,薛启超,何建,安宁. 振动与冲击. 2017(18)
[5]地震作用下PTMD对高层钢结构的减振效果[J]. 薛启超,张井财,何建,李英娜,宋晓岩. 哈尔滨工程大学学报. 2017(03)
[6]调谐质量阻尼器与颗粒阻尼器对比试验研究[J]. 鲁正,王佃超,吕西林. 地震工程与工程振动. 2014(S1)
[7]现浇钢筋混凝土密肋空腔楼盖的协同工作性能[J]. 李保德,李晶晶,傅礼铭. 武汉理工大学学报. 2009(10)
[8]双向密肋空腔楼盖技术在大型商业建筑中的应用[J]. 陈颖环,傅礼铭. 华中建筑. 2007(10)
[9]质量阻尼器的发展[J]. 李春祥,刘艳霞,王肇民. 力学进展. 2003(02)
本文编号：3360467
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