TMD

超高、大長(zhǎng)細(xì)比的自立式薄壁鋼管結(jié)構(gòu)往往具有結(jié)構(gòu)柔、質(zhì)量輕、阻尼小等特點(diǎn)，對(duì)風(fēng)荷載極其敏感，由風(fēng)荷載導(dǎo)致的損傷乃至倒塌的屢見不鮮，因此本報(bào)告圍繞此類結(jié)構(gòu)的風(fēng)災(zāi)評(píng)估方法與減振控制技術(shù)展開研究。首先，發(fā)展了用于自立式薄壁鋼管結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載模擬的改進(jìn)諧波疊加法，開展了自立式薄壁鋼管結(jié)構(gòu)順、橫風(fēng)向的風(fēng)振響應(yīng)分析；以此為基礎(chǔ)，結(jié)合橫風(fēng)振動(dòng)分析的升力振子法，構(gòu)建了結(jié)構(gòu)順-橫風(fēng)向耦合風(fēng)振動(dòng)力學(xué)模型。隨后，建立了風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架多尺度有限元模型，基于等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力法和熱點(diǎn)應(yīng)力法，結(jié)合Miner線性損傷累積準(zhǔn)則，考慮風(fēng)速、風(fēng)向分布，開展了風(fēng)力發(fā)電塔架節(jié)點(diǎn)焊接細(xì)節(jié)處的應(yīng)力分布與疲勞壽命評(píng)估。提出了一體式孔隙耗能環(huán)形調(diào)諧質(zhì)量阻尼器、環(huán)形TLD/TLCD和環(huán)形曲率相關(guān)形狀記憶合金阻尼減振裝置等減振器，并建立了其力學(xué)模型。最后，建立了結(jié)構(gòu)減振體系動(dòng)力方程，開展了自立式薄壁鋼管結(jié)構(gòu)TMD、TLD和TLCD減振試驗(yàn)，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建了自立式薄壁鋼管結(jié)構(gòu)統(tǒng)一設(shè)計(jì)方法和多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。研究結(jié)果表明，與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比表明，本項(xiàng)目所建立的風(fēng)振響應(yīng)及減振控制分析方法和分析程序具有一定的精度，能夠用于自立式薄壁鋼管結(jié)構(gòu)的風(fēng)災(zāi)評(píng)估與減振設(shè)計(jì)；試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷淖枘岜葹?.0134，安裝TMD后結(jié)構(gòu)等效阻尼比可達(dá)0.034，安裝TLD后結(jié)構(gòu)等效阻尼比超過0.040，而安裝TLCD時(shí)結(jié)構(gòu)等效阻尼比的均值僅為0.0267，安裝減振器后結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)能夠有效衰減。 2100433B

自立式薄壁鋼管結(jié)構(gòu)由于其輕質(zhì)、高強(qiáng)、高效等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于高聳基礎(chǔ)設(shè)施。由于對(duì)其風(fēng)致疲勞損傷缺乏準(zhǔn)確的評(píng)估方法和有效的控制手段，使得該類結(jié)構(gòu)由于端板法蘭連接節(jié)點(diǎn)疲勞損傷而引發(fā)的倒塌事故時(shí)有發(fā)生?；诖耍卷?xiàng)目的研究?jī)?nèi)容主要包括：（1）建立自立式薄壁鋼管結(jié)構(gòu)順-橫風(fēng)向耦合振動(dòng)模型，揭示良態(tài)風(fēng)和颶風(fēng)環(huán)境下結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)機(jī)理；（2）借助常規(guī)疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)力轉(zhuǎn)換系數(shù)，構(gòu)建等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力S-N曲線，建立自立式薄壁鋼管結(jié)構(gòu)風(fēng)致應(yīng)力分析的多尺度有限元模型，進(jìn)而形成基于等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力的多尺度疲勞評(píng)估方法；（3）提出適用于自立式薄壁鋼管結(jié)構(gòu)的質(zhì)量?jī)?nèi)置一體式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD），進(jìn)而建立相應(yīng)的風(fēng)振控制分析理論，最終形成基于疲勞性能的TMD控制一體化設(shè)計(jì)理論與方法。研究結(jié)果可為該類結(jié)構(gòu)的疲勞評(píng)估和減振設(shè)計(jì)提供理論參考。

將調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)裝入結(jié)構(gòu)的目的是減少在外力作用F基本結(jié)構(gòu)構(gòu)件的消能要求值。在該情況下，這種減小是通過將結(jié)構(gòu)振動(dòng)的一些能量傳遞給以最簡(jiǎn)單的形式固定或連接在主要結(jié)構(gòu)的輔助質(zhì)量—彈簧—阻尼筒系統(tǒng)構(gòu)成的TMD來完成的。