TMD概述

超高、大長細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，對風荷載極其敏感，由風荷載導致的損傷乃至倒塌的屢見不鮮，因此本報告圍繞此類結(jié)構(gòu)的風災評估方法與減振控制技術展開研究。首先，發(fā)展了用于自立式薄壁鋼管結(jié)構(gòu)風荷載模擬的改進諧波疊加法，開展了自立式薄壁鋼管結(jié)構(gòu)順、橫風向的風振響應分析；以此為基礎，結(jié)合橫風振動分析的升力振子法，構(gòu)建了結(jié)構(gòu)順-橫風向耦合風振動力學模型。隨后，建立了風力發(fā)電機塔架多尺度有限元模型，基于等效結(jié)構(gòu)應力法和熱點應力法，結(jié)合Miner線性損傷累積準則，考慮風速、風向分布，開展了風力發(fā)電塔架節(jié)點焊接細節(jié)處的應力分布與疲勞壽命評估。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)形曲率相關形狀記憶合金阻尼減振裝置等減振器，并建立了其力學模型。最后，建立了結(jié)構(gòu)減振體系動力方程，開展了自立式薄壁鋼管結(jié)構(gòu)TMD、TLD和TLCD減振試驗，以此為基礎構(gòu)建了自立式薄壁鋼管結(jié)構(gòu)統(tǒng)一設計方法和多目標優(yōu)化設計方法。研究結(jié)果表明，與實測數(shù)據(jù)和試驗結(jié)果的對比表明，本項目所建立的風振響應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)的風災評估與減振設計；試驗模型的阻尼比為0.0134，安裝TMD后結(jié)構(gòu)等效阻尼比可達0.034，安裝TLD后結(jié)構(gòu)等效阻尼比超過0.040，而安裝TLCD時結(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)風振響應能夠有效衰減。 2100433B

自立式薄壁鋼管結(jié)構(gòu)由于其輕質(zhì)、高強、高效等優(yōu)點而廣泛應用于高聳基礎設施。由于對其風致疲勞損傷缺乏準確的評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)點疲勞損傷而引發(fā)的倒塌事故時有發(fā)生。基于此，本項目的研究內(nèi)容主要包括：（1）建立自立式薄壁鋼管結(jié)構(gòu)順-橫風向耦合振動模型，揭示良態(tài)風和颶風環(huán)境下結(jié)構(gòu)風振響應機理；（2）借助常規(guī)疲勞試驗數(shù)據(jù)和應力轉(zhuǎn)換系數(shù)，構(gòu)建等效結(jié)構(gòu)應力S-N曲線，建立自立式薄壁鋼管結(jié)構(gòu)風致應力分析的多尺度有限元模型，進而形成基于等效結(jié)構(gòu)應力的多尺度疲勞評估方法；（3）提出適用于自立式薄壁鋼管結(jié)構(gòu)的質(zhì)量內(nèi)置一體式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD），進而建立相應的風振控制分析理論，最終形成基于疲勞性能的TMD控制一體化設計理論與方法。研究結(jié)果可為該類結(jié)構(gòu)的疲勞評估和減振設計提供理論參考。

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)振動的一些能量傳遞給以最簡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。