高耸塔架结构振动反应的智能混合控制

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包括电视塔和输电塔在内的高耸塔架结构由于其自身的高柔特性,在外荷载作用下振动强烈。电视塔结构往往质量和刚度分布很不均匀,结构鞭梢效应显著。而大跨越输电塔结构也由于结构刚度和阻尼较小,以及塔线耦联振动的影响,其动力反应同样较为显著。因此,采取有效的措施减小高耸塔架结构的动力反应以确保其安全性,是一个亟待解决的问题。本文以合肥电视塔和湘江输电塔为研究背景,对被动及智能半主动阻尼器用于高耸塔架结构的风振及地震反应控制进行了系统的研究。 本文采用不同单元分别建立了电视塔结构的梁系和杆系三维空间有限元模型,并进行了电视塔的动力特性分析并比较了两种三维模型的差异。在此基础上,基于几个基本假设由三维模型缩聚形成二维串联多自由度动力模型。本文利用随机振动理论模拟了电视塔结构的顺风向脉动风荷载,并进行了风振反应分析。同时,讨论了地震波输入和处理的有关问题,并进行了结构的地震反应分析。 本文对导线动力分析的多质点模型进行了系统研究,结合工程实际分析了其计算结果并进行了相应的参数分析。本文基于大型有限元分析软件ANSYS进行二次开发,构建了输电塔线体系力学分析的APDL模块,应用该模块建立了输电塔的三维空间有限元模型并进行了动力特性分析。在此基础上模拟了结构多维脉动风荷载,进行了塔线耦联体系的动力特性分析以及风振反应和地震反应分析。 本文研究了被动摩擦阻尼器的力学模型,提出了基于滑移量的摩擦阻尼单元力——变形关系,并设计了适用于高耸塔架结构振动控制的摩擦阻尼器。本文结合当前半主动阻尼器和智能材料的最新研究进展,详细讨论了两类智能半主动阻尼器的构造和特点。设计了压电陶瓷智能摩擦阻尼器装置,推导了压电材料参数、外加电场以及阻尼器参数与摩擦起滑力的关系。此外还结合实验结果详细介绍了MR阻尼器修正的Bingham模型。 本文对被动及智能半主动阻尼器用于高耸塔架结构风振和地震反应控制进行了较为系统的研究。本文通过对三种阻尼器的风振和地震反应控制的详细的参数研究,分析了各种因素对振动控制效果的影响,得出了一些有价值的结论。在半主动控制策略方面,本文提出了基于局部反馈的固定增量控制控制策略和基于智能控制理论的模糊半主动控制策略,并将它们用于高耸塔架结构的振动控制。本文研究表明,采用这两种控制策略的智能阻尼器均能有效地减小塔架结构的地震及风振反应,并且减振效果对外荷载强度的变化不敏感。参数分析表明,半主动控制策略的参数对减振效果有显著的影响,合理的参数选择是智能阻尼器取得良好减振效果所必需的。 本文结合王家滩江汉大跨越输电塔抗风控制的工程实际,提出了设置粘弹性阻尼器的输电塔结构抗风分析的实用方法,从而使设置粘弹性阻尼器的输电塔结构的抗风设计可以在我国设计规程的基础上进行。
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