主动质量阻尼器(AMD).pptx
桥梁结构论文(合集7篇)
桥梁结构论文(合集7篇)关键词：系统桥梁分形一、系统论1945年贝塔郎菲提出了一般系统论的新思维，随后维纳、申农分别提出了控制论和信息论，从而使得人们对事物整体和部分的关系看法由机械整体性发展到系统整体性。
60～70年代间，系统科学出现了耗散结构论（普里高津）、协同论（哈肯）、超循环论（艾根）和突变论（托姆），主要讨论系统的存在、发展和消亡，强调任何一个净化系统都能够自行组织，并且不同要素之间具有协调作用。
70年代以来，对系统最核心的问题即系统机制的研究得到广泛关注，出现了对系统机制解释的混饨理论、分形理论、孤波理论等，构成了系统动力学理论，主要考察系统的非线性机制。
凡物皆系统，考察任何系统都要对其要素、结构、功能、环境等方面进行分析。
系统具有以下主要特性：①加和性和非加和性；②整体不等于部分之和；③整体功能取决于要素、结构和环境；④结构决定了系统的功能。
系统处于非平衡态，需要外加的能量（或信息）来维持，因此，能够产生新的结构的系统一定是开放的。
系统远离平衡态失稳以至形成新的结构要依赖于非线性的反常涨落。
涨落在远离平衡时起驱动作用，不可逆性会导致新的结构，产生新的质。
系统论已被应用于很多领域，本文旨在应用系统研究的思想来系统地理解桥梁结构的一些新领域，进而将系统机制理论引入桥梁系统的研究。
二、桥架结构系统桥梁是由多种材料、不同结构组合而成的复杂系统。
桥梁结构系统的要素、结构、功能及环境的简要示意图。
桥梁结构系统是桥梁工程大系统的一个子系统，不同的桥梁结构体系又构成各个更低层次的子系统。
要素中的各种基本构件也构成一个层面上的系统，有其自身的要素、结构、功能和环境。
桥梁结构系统整体不等于部分之和。
单个基本构件，比如单个梁构件，是无法实现跨越峡谷甚至海峡的目的的，而多个构件按照一定的构造规则组成悬索桥或斜拉桥就可以实现。
结构系统的整体功能取决于构件单元、结构体系和环境状况，其中起决定性的是系统的结构，通常只有大跨斜拉桥和悬索桥才能作为跨海大桥的候选桥型，对抗震性能要求较高的地区，应选用抗震性能较好的结构系统，如连续刚构、斜拉桥等，或对连续梁等桥型进行结构的改进，设计支座单元，达到减震目的。
《阻尼和振动公式》课件
线性阻尼的数学模型通常表示为： y''(t) + 2*zeta*omega*y'(t) +
omega^2*y(t) = 0，其中 y(t) 是振动 位移，zeta 是阻尼比，omega 是无阻
尼自然频率。
该模型描述了阻尼振动的基本特征，即 线性阻尼适用于描述大多数物理系统的
振幅随时间衰减的现象。
阻尼行为。
故障诊断与预测
通过监测机械设备的振动数据，结合振动公式，可以对设备故障进 行诊断和预测，及时发现潜在问题，提高设备维护效率。
在航空航天中的应用
1 2 3
飞行器稳定性分析
航空航天领域的飞行器在飞行过程中会受到各种 气动力的作用，振动公式的应用可以帮助分析飞 行器的稳定性。
结构强度与疲劳寿命评估
航空航天器的结构和零部件在长期使用过程中会 受到疲劳损伤，振动公式的应用可以评估结构的 强度和疲劳寿命。
受迫振动
当物体受到周期性外力作用时， 会产生受迫振动。受迫振动公式 的推导基于牛顿第二定律和周期
性外力模型。
多自由度系统的振动公式推导
多自由度系统
当一个物体有多个自由度时，其运动可以用多个振动公式 的组合来表示。多自由度系统的振动公式推导基于牛顿第 二定律和多自由度系统模型。
耦合振动
当多个自由度之间存在耦合作用时，其振动规律更为复杂 。耦合振动公式的推导需要考虑各自由度之间的相互作用 。
实验步骤与操作
步骤一
准备实验器材，包括振动平台、 阻尼器、测量仪器等。
步骤三
启动振动平台，记录物体在不同 阻尼条件下的振动情况。
步骤二
将待测物体放置在振动平台上， 调整阻尼器以模拟不同阻尼情况 。
高层建筑的风振控制研究
高层建筑的风振控制研究摘要：高层建筑在风振作用下可能产生显著的振动，引起居住者或使用人员的不舒适感，降低生活质量或生产效率，因此结构抗风设计还必须满足舒适度的要求。
文中分析了高层建筑的外部风环境、内部风环，以及风振控制中的被动控制、主动控制和混合控制系统，这一研究对于高层建筑安全设计具有一定意义。
关键词：风振控制；建筑风环境；控制系统0 引言高层建筑和高耸结构正向着日益增高和高强轻质的方向发展，使得结构的刚度和阻尼不断下降，直接影响了高层建筑和高耸结构的正常使用。
建筑在风振作用下可能产生显著的振动，引起居住者或使用人员的不舒适感，降低生活质量或生产效率，因此结构抗风设计还必须满足舒适度的要求。
本文基于人员不舒适感分析了高层建筑风振控制，这一研究对于高层建筑安全设计具有一定意义。
1 高层建筑的风环境1.1 外部风环境根据高层建筑物的外形，相互布局情况及风的相对方向，有可能测得的建筑物外部环境的不舒适参数Ψ值，在风振舒适感控制中都是基于下述效应为基础。
（1）压力连通效应：当风垂直吹向错开排列的高层建筑物时，若建筑物间的距离小于建筑物的高度，则有部分压力较高的风流向背面压力较低的区域，形成街道风，在街道上形成不舒适区域。
（2）间隙效应：如图2所示，当风吹过突然变窄的剖面时（如底层拱廊），在该处形成不舒适区域。
图2 间隙效应（3）拐角效应：如图3所示，当风垂直吹向建筑物时，在拐角处由于迎面风的正压与背面风的负压连通形成一个不舒适的拐角区域；有时，当两幢并排建筑物的间距L≤2d（d为建筑物沿风向的长度）时，两幢间也形成不舒适区域。
图3 拐角效应（4）尾流效应：如图4所示，在高层建筑物尾流区里，自气流分离点的下游处，形成不舒适的涡流区。
图4 尾流效应（5）下洗涡流效应：如图5所示，当风吹向高层建筑物时，自驻点向下冲向地面形成涡流。
图5下洗涡流效应2.2内部风环境高层建筑的内部风环境是指，由于风荷载的作用，高层建筑受到脉动风影响而发生振动现象，这种振动会给生活或者工作在高层建筑内部人带来不舒适感，对高层建筑物的正常使用造成影响。
直线电机AMD控制的隔震结构工程仿真
0引言主动质量阻尼器（Active Mass Damper ，简称AMD ），是由观测传感系统、中枢计算机、驱动器和质量块组成的设备，它可以实时测量结构反应和环境干扰，基于现代控制理论的主动控制算法，在精确的结构模型基础上计算最优控制力，最后驱动器在外部能源输入下驱动质量块运动，实现最优控制力以减轻结构振动[1]。
AMD 系统最早在日本经过试验验证了其可行性，并得到实践和应用。
Aizawa S 等人于1987年在缩尺四层钢框架模型的顶部设置了AMD 系统，进行了主动控制试验[2]，并且在1990年与日本Kajima 建筑公司将AMD 系统应用于京桥成和大厦[3]，用于控制风振和地震作用反应，该大厦是世界上第一栋采用了AMD 控制系统的建筑。
在国内，刘季[4]等人在1996年率先开始了对主动控制的试验研究。
随着工业技术的发展，AMD 系统的驱动方式不断更新换代，越来越多样化和智能化，其中便有直线电机驱动的AMD 系统。
直线电机AMD 系统相较于传统的AMD 控制系统，有着构造简单、能源利用率高、出力方式简单、行程较大和时滞效应极小等优点。
张春巍[5-6]等人将电磁驱动的AMD 系统用于结构振动控制试验中，验证了该装置的可行性，并研究了控制算法中的参数对装置控制效果的影响。
刘川[7]自主设计和研发了一套直线电磁驱动的AMD 系统。
刘彦辉[8-10]等人对直线电机驱动的AMD 系统的进行了测试试验研究，提出了纹波推力和综合阻力的计算公式，在此基础上对直线电机驱动的HMD 的减震机理进行了试验研究分析，并将此控制装置技术应用于广州电视塔，研究其动力特性。
AMD 系统目前主要用于传统的高层和大型建筑，对于基础隔震结构的应用领域比较空白，直线电机驱动的AMD 系统的应用更是少之又少，而基础隔震结构的隔震层位移过大的问题同样引起人们关注。
本文从控制基础隔震结构的隔震层反应出发，对直线电机AMD 系统控制的基础隔震结构进行工程仿真分析，对比直线电机驱动的AMD 系统分别安装在结构隔震层和顶层时的控制效果。
结构振动控制的概念及分类
耗能方案性能来抵御地震作用的，即由结构本身储存和消耗地震能量，以满足结构抗震设防标准，小震不坏，可能无法满足安全性的要求；另一方面，在满足设计要求的情况下，结构构件的尺寸可能需做得很大木工程领域新兴一种新型的抗震方式——结构振动控制，即对结构施加控制机构，由控制机构和结构半主动控制和混合控制。
是由控制装置随结构一起振动变形而被动产生的。
被动控制可分为基础隔震技术、耗能减震技术和吸是由控制装置按某种控制规律，利用外加能源主动施加的。
主动控制系统由传感器、运算器和施力作术。
主动控制有主动拉索系统（ATS）、主动支撑系统（ABS）、主动可变刚度系统（AVSS）、主动质期开始研究主动控制。
目前，主动控制在土木工程中的应用已达30多项，如日本的Takenaka实验控制力虽也由控制装置自身的运动而被动的产生，但在控制过程中控制装置可以利用外加能源主动调置、半主动TMD、半主动力触动器、半主动变刚度装置和半主动变阻尼装置等。
主动控制，或者是同时应用不止一种的被动控制装置，从而充分发挥每一种控制形式和每一种控制装：同时采用AMD和TMD的混合控制系统、主动控制和基础隔震相结合的混合控制系统以及主动控制和京的清水公司技术研究所。
，但由于建筑结构体形巨大导致所需的外加能源较大，加之控制装置的控制的算法比较复杂，而且存好，容易实现，目前发展最快，应用最广，尤其是其中的基础隔震技术已相当成熟，并得到了一定程主动控制低廉，而且不需要较大的动力源，因此其具有广阔的应用和发展前景；混合控制综合了某几和耗能减震技术。
置控制机构来隔离地震能量向上部结构传输，使结构振动减轻，防止地震破坏。
目前研究开发的基础和混合隔震等。
近年来，越来越多的国家开展了基础隔震技术的研究，因此，隔震技术也得到了飞速：日本94栋，美国21栋，中国46栋，意大利19栋，新西兰16栋，已采用了基础隔震技术。
最近有使结构的振动能量分散，即结构的振动能量在原结构和子结构之间重新分配，从而达到减小主结构振尼器（TLD）；（3）质量泵；（4）液压—质量控制系统（HMS）；（5）空气阻尼器。
建筑结构减震隔震设计方案PPT教案
；
③隔震墙下隔震支座的间距不宜大于2.0m； ④外露的预埋件应有可靠的防锈措施。预埋件的锚固钢筋应与钢板 牢固连接，锚固钢筋的锚固长度宜大于20倍锚固钢筋直径，且不应 小于250mm等。
由于目前的橡胶隔震支座对竖向地震几乎没有减震效果，因此 ，须在隔震建筑设计时考虑这一因素。主要是在隔震层以上结构和 隔震层设计中考虑这一因素。
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8.2.4 隔震结构构造要求
(1) 隔震层应提供必要的竖向承载力、侧向刚度和阻尼；穿过隔震 层的设备配管、配线，应采用柔性连接或其他有效措施适应隔 震层的罕遇地震水平位移。
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8.4背景知识 工程结构减震控制包括隔震、消能减震和各种被动控制、主动
控制、混合控制等内容。传统的抗震结构体系是通过“加强结构” 的途径来提高结构的抗震能力，但结构减震控制体系则是通过调整 结构动力特性的途径，大大减小了结构在地震（或强风）中的振动 反应，从而保护结构以及结构内部的设备、仪器、网络和装饰物等 不受任何损害。这是一种采用新概念、新机理的新结构体系、新理 论和新技术方法。在很多情况下，它更加安全和经济，它为工程结 构的地震防护、减振抗风提供了一条崭新的途径，日益引起国内外 学术界、工程界的兴趣和重视。目前，这个新领域仍处于不断发展 和完善的阶段，随着技术的成熟和现代化社会的发展，工程结构减 震控制技术将会越来越广泛地被应用，将取得显著的社会效益和经 济效益。
U型软钢板
滚珠或滚轴
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8.2.3 基础隔震结构设计
阻尼器参数示意
阻尼器参数⽰意这⾥我们设置的阻尼器为横桥向减震⽀座：1、⾸先求得结构的基频Hz f 24.01=和地震荷载下⽀撑位置横梁整体横向变形Dy=205mm；2、根据求得的结构基频和横向位移Dy，查表得阻尼器活塞相对阻尼器外壳的相对速度V=276mm/s3、假定阻尼指数，阻尼指数取值范围在0.2~1.0，阻尼指数越⼩，耗能效果越好，减震效果越好。
这⾥我们取阻尼指数2.0=s ，给定义资料中阻尼指数以α表⽰；4、如选择阻尼器型号为“KZ-2000SX500X”，代表活塞最⼤⾏程500mm，最⼤阻尼⼒2000kN，查得对应的阻尼常数C=650kN.s/mm5、有效刚度输⼊该阻尼器的线性弹性刚度。
综合以上数据在程序中的⼀般连接特性值数据如下图所⽰——将此阻尼器安装在附件模型的塔梁连接处，计算得到的阻尼器的横向变形-横向内⼒时程图形如下图——1、阻尼器形式2、参数表1-查得阻尼器活塞滑动相对速度3、参数表2-根据阻尼指数和阻尼器⾏程、阻尼⼒、活塞速度，得到阻尼常数。
1）阻尼⼒与阻尼器变形的往复曲线称为滞回环曲线。
阻尼指数越⼩，曲线越饱满，说明耗能效率越⾼。
2）阻尼输出⼒与活塞速度关系：()αv v sign C F d ??=或αv C F ?=，这两个式⼦都称为阻尼⽅程，C 为阻尼常数，单位是kN/（m/s ）v 为活塞的运动速度，α为阻尼指数，midas 中的取值范围在0.2~1之间。
阻尼器的种类较多，有铅压阻尼器、钢阻尼器、摩擦阻尼器以及粘滞阻尼器等。
其中，较为成熟且适⽤于⼤跨度桥梁的主要是油阻尼器，也称粘滞阻尼器。
图4.3 液压阻尼器的⼯作机理粘滞阻尼器的基本构造由活塞、油缸及节流孔组成，如图4.2所⽰。
所谓节流孔是指具有⽐油缸截⾯⾯积⼩的流通通路。
这类装置是利⽤活塞前后压⼒差使油流通过节流孔时产⽣压⼒差从⽽产⽣阻尼⼒。
当阻尼⼒与相对变形的速度成⽐例时是线性的，不成⽐例时则是⾮线性的，其关系可表达为：F CV ξ=其中F 为阻尼⼒，C 是阻尼常数，ξ是阻尼指数（其值范围在0.1-2.0，从抗震⾓度看，常⽤值⼀般在0.2-1.0范围内）。
浅析结构振动控制技术的原理和应用
技术改造浅析结构振动控制技术的原理和应用李维赞 谢 永（隔而固（青岛）振动控制有限公司，山东 青岛 266108）摘 要：当前建筑行业在振动控制技术方面还有很多问题有待进一步研究。
过去的抗振结构体系只通过提高结构本身的抗振性能来抵抗。
此方法影响有限，安全性较差。
因此，目前只有地震调整技术才能满足当前建设项目的需要，其发展前景和强大的经济效益日益突出。
关键词：结构振动；控制技术；原理；应用引言：近年来结构振动控制技术的应用日益广泛，结构振动控制技术的应用对象日益增多。
针对这一趋势，本研究介绍了常用的结构振动控制技术的原理，并对其优缺点进行了全面的说明；并简要介绍了相关应用。
1振动控制技术的必要性在中国，随着城市化进程的逐步加快，振动控制技术在建筑业中发挥着越来越大的作用。
第一，在建筑中应用防振技术，不仅可以有效地减少地震、水灾等自然灾害的破坏，还可以大大提高建筑的抗外部冲击能力。
第二，在建筑中应用防振控制技术可以有效地分配地震产生的能量。
近年来，国际建筑专家对这类结构监管的研究备受关注。
借助于结构本身和控制系统来承受荷载，结构处于不良状态，并能在发生大地震时保持球形的霍尔灵，有效地分配了地震带来的能量。
此外，该技术的工作原理和概念非常明确，适用于不同的建筑结构和不同程度的地震强度。
2被动控制2.1隔振技术所谓的减振，是指放置在建筑结构中有效地消耗地震能量的柔性连接，并通过设置这些柔性连接来降低地震能量。
此原则可控制建筑的变形，由于柔性连接可以起到"隔震"、"吸震"的作用，能够最大限度地减少地震产生的能量，保护建筑结构，并确保建筑结构的安全和稳定。
减轻地震对上部结构造成损坏的目的，而且建筑装修及室内设备也得到有效保护。
结构最常用的隔振技术是使用隔振支座来延长结构的自然振动周期，并避免土体的运动高峰时间，从而降低结构的地面运动能量。
此隔振方法减小了结构在地震荷载作用下的响应也存在一定的不足，仅适用于4层中低的剪力墙结构。
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❖广州新电视塔塔高 618 米,其主塔体高 454 米,天线桅杆高 164 米,形状高挑纤细,固有 周期达 10.01s 秒,该工程采用了混合质量阻 尼器方案,以改善电视塔结构在环境激励下 的使用舒适性及安全性。该方案由哈尔滨 工业大学深圳研究生院负责其中的 AMD 主 动控制部分。
AMD控制原理
❖ 在装置的实际工程运用方面，1989 年，日本 Kajima 建筑公司建成了世界上第一座采用 AMD 系统的 11 层办公大楼—京桥成和大厦， 用于控制结构的风振和中等地震作用的反应。 日本大阪Applause 塔上安装了 1个质量重达 480t 的 AMD 系统，其惯性质量直接采用了 该建筑上的直升机停机坪台使用了2个
❖ 在装置的实际工程运用方面：
❖ 中国与美国合作并于 2001 年实现的南京电 视塔风振控制的 AMD 系统,是我国国内第一 个采用 AMD 控制系统的实际工程。
❖ 近年来,越来越多的超高层建筑采用了该装置, 如上海环球金融中心,在第90层安装了两台各 重250吨的惯性质量块,它不仅能使强风作用 下建筑物的加速度反应降低,地震时,还能有效 地减小建筑结构在地震时的响应。
主动质量阻尼器（AMD）
概述
❖ 随着建筑结构的高度不断增高、结构体系不断趋于 复杂,再加上地震、台风等自然灾害的不可预知性, 结构抗震、抗风设计也遇到了新的挑战。我国沿海 地区超高层建筑一般以风控为主,强风作用下结构可 能会出现舒适度超标,甚至会造成结构及附属构件损 坏。大量理论研究和实践证明,主动质量阻尼器AMD 控技术能够有效地增加结构阻尼,减小超高层结构风 致振动和地震响应。因此,应用 AMD 控制技术,减轻 结构在风荷载作用下的响应,提高建筑舒适性,对提 高建筑使用性能和品质有重要意义。
❖ 结构振动的 AMD 控制系统由传感器(包括数据采集 器)、控制决策器和 AMD 装置等三部分组成。这三 个部分与结构一起组成的系统,称为结构 AMD 控制 系统。
❖ AMD 系统实施控制时,传感器子系统测量结构的干 扰或响应,并反馈至计算机;控制器按照计算机设定 的某种主动控制算法,实时计算主动控制力,并驱动 AMD 系统的作动器;然后作动器推动 AMD 的惯性 质量运动,对结构施加控制力。
历史
❖ 自从美籍华裔学者 J.T.P.Yao 于 1972 年首次 提出结构控制的概念之后，结构控制引起了 世界各国的高度重视，经过 30 多年的不断发 展和完善，并且在大量实际工程中得到了较 广泛的运用。在高耸结构风振控制方面，主 要以被动调谐质量阻尼器和主动质量阻尼器 的应用居多，而且技术成熟可靠。
国内研究状况
❖ 在装置的试验研究方面： ❖ 哈尔滨工业大学刘季、宋根由等人率先在我
国开展了结构振动主动控制试验研究,完成了 5 层 1:4 模型框架的 AMD 振动控制实验。 ❖ 欧进萍等人研究了海洋平台振动的 AMD 控 制仿真分析及 1:10 模型平台结构 AMD 控制 的地震模拟试验台试验。
AMD主动控制系统的工作流程如下：
❖ （1）数据采集：地面和结构在地震激励下 发生振动反应（位移、速度、加速度），通 过传感器进行在线测量。
❖ （2）数据处理和传输：传感器测得的振动 反应的信号，经滤波、放大、调节、模拟微 分处理等，传输至计算机系统的A/D转换器。
❖ （3）A/D转换：把电压模拟信号（Analog） 转换为电压数字信号（Digital）。
国外研究状况
❖ 在装置的试验研究方面，1987 年日本 Aizawa等人完成了小比例四层钢框架模型顶 层设置 AMD 系统的主动控制实验；同年， 日本 Kobori 等人完成了 1：4 钢框架模型顶 层设置 AMD 系统的主动控制实验；
❖ 1988 年美国 Soong 等人完成了1：4 钢框架 模型顶层设置 AMD 系统的主动控制实验。 这些实验和结果显示了AMD 系统良好的性能 和控制效果。
目录
❖ 1.基本概念，历史，现状。 ❖ 2. 原理 ❖ 3. 装置 ❖ 4. AMD工作流程 ❖ 5.主动控制算法 ❖ 6. 存在的问题 ❖ 7. 研究展望
基本概念
❖ 主动质量阻尼器(active mass damper,AMD) 是将结构响应的反馈和或结构中关键位置处 外激励的前馈,经计算机分析处理向驱动器(连 接质量块和结构)发送适当的信息.于是驱动器 对抗质量块将惯性控制力施加于结构实现振 动控制.
❖ ③模拟微分器：对振动反应信号位移、速度、 加速度）进行微分转换。
❖ （4）计算机：A/D转换（模拟信号转换为数字 信号）；
数字信号实时处理（按控制算法）；
❖ D/A转换（数字信号转换为模拟信号）。 ❖ （5）伺服控制器：将模拟信号(u)与反馈信号(u*)
进行对比、放大，对伺服阀及驱动器进行控制。
5t的作动器，该系统给结构附加的阻尼比 为 1.4%-10.6%。同样，在大阪 Herbis大 厦也安装了 2 个悬吊 AMD 结构控制系统。 该大楼总高 190m，每个 AMD 装置的惯性 质量为 160t，悬吊杆长度为 3.2m，装置自 振周期为 3.6s，主动控制出力为5t，控制 冲程为 300mm，最大控制力为 6t，最大冲 程为 500mm。
AMD与TMD的区别
❖ 与被动控制相比，AMD等主动控制方式有以 下三个优点：
❖ 1）提高了控制的有效性。
❖ 2）适用于多用途减震，如风振或地震。
❖ 3）可以选择控制目标，如控制结构某个关键 振型的响应（位移、速度或加速度响应）， 或结构顶点位移、结构基底弯矩以及基底剪 力等。
❖ AMD主动控制体系，除了被控结构外，其主 动控制系统由三部分组成：
❖ （1）质量阻尼刚度装置：包括质量块，刚度 弹簧和阻尼器。
❖ （2）驱动装置和液压源：包括伺服阀、驱动 器、反馈传感器液压源及管路。
❖ （3）计算机及控制系统，这是整个主动控制 系统的核心部分，包括：
❖ ① 数据采集系统：装设在结构和地面上的传 感器。
❖ ② 滤波调节器：对采集的信号进行滤波、放大、 调节。