SDOF—TMD控制系统能量响应特性及能量谱研究.pdf

2009年07月 沈 阳建 筑 大 学 学 报 (自然 科 学 版 ) Ju1． 2009 第25卷第4期 JournalofShenyangJianzhuUniversity(NaturalScience) Vo1．25．No．4 文章编号：1671—2021(2009)04—0613—07 SDOF—TMD控制系统能量响应特性与能量谱研究 滕 军，鲁志雄 ，董志君 (哈尔滨工业大学深圳研究生院桥梁与结构研究中心，广东 深圳 518055) 摘 要：目的研究弹性单 自由度(SDOF)结构调谐质量阻尼(TMD)控制系统的能量响应特性 和控制系统的能量谱 变化规律．方法 采用地震激励下结构位移均方值最小为优化 目标的 TMD最优参数表达式，基于相对能量计算公式，并考虑了TMD子结构的不同频率比、质量比 和阻尼比等参数摄动来分析控制系统能量谱变化规律．结果 在E1centro地震作用下，TMD能 较好地控制主结构的各项能量响应．TMD控制系统在短周期0—0．5S和长周期 3．2—4s范 围内，系统能量对TMD参数变化不敏感；在 1．O～3．2S范围内，质量比越大，其动能、势能和 输入能的控制效果越好，且存在最优调谐频率比；控制系统的能量反应对 TMD子结构的阻尼 比变化不敏感．结论 TMD需要积累较大的能量才能对结构有较好的控制效果，TMD子结构 参数是影响TMD控制系统能量谱变化规律的重要指标． 关键词：TMD；能量谱 ；地震反应 ；控制系统 中图分类号：TU311；032 文献标志码 ：A 依据相对能量公式，分析了弹性 SDOF结构 0 引 言 TMD控制系统能量响应特点，并考虑 TMD与主 地震对结构的作用是一种能量传递、转换和 结构的频率 比、质量比和 TMD的阻尼比等参数 消耗的过程．早在 20世纪 5O年代 ，G．W．Housner 变化，研究了控制系统能量谱变化规律． 在结构设计 中引入 了能量分析的概念．许多学 1 弹性 SDOF结构 TMD控制系统 者 ¨I2对不同动力特性结构的能量谱影响参数及 其变化规律进行了大量的研究，得到了能量转化 的能量方程 和耗散的初步结论．对于结构在地震作用下TMD 水平地震作用下时，弹性 SDOF—TMD控制 控制，以往多侧重于研究调谐阻尼器的控制策略 系统的动力平衡方程为 及其位置与参数优化问题 J．然而，结构安装 MJ／+C +Kx=一M {1} ， (1) TMD 以后各部分能量变化规律还研究不足．近年 式中：M 、C和 K分别为系统的质量、阻尼和刚度 来K．K．F．Wong等 基于绝对能量公式，分析了 TMD周期为3．0S时控制系统能量谱变化特点， 矩阵，其中=m。【 c= 该研究基于TMD周期固定为3S的假设，没有考 虑TMD最优调谐频率的影响，且绝对能量公式 需要考虑输入地震波的速度时程 ，受地震动速度 ： 【 ：】；-、-和c分·别为主结构的 处理方法的不同，系统各项能量在不同周期段区 质量、刚度和阻尼；m 、k 和 C 分别为TMD的 别较大． 质量、刚度和阻尼；、王和王分别为体系相对于地 收稿 日期：2008—12—20 基金项 目：国家 自然科学基金项 目 作者简介：滕军 (1962一)，男，教授，博士，博士生导师，国家一级注册结构工程师，主要从事结构控制、结构抗震、结 构健康监测研究． 614 沈 阳 建 筑 大 学学 报 (自然 科 学 版 )