¿Investigación sobre MTMD de control pasivo de estructuras de puentes?
Este artículo adopta el método de análisis en el dominio de la frecuencia, considera la posición de TMD en la estructura de múltiples grados de libertad y las características modales de la estructura, y deriva la ecuación de respuesta en frecuencia de las coordenadas generalizadas controladas. de la estructura NDOF que contiene MTMD. Sobre esta base, se optimizaron y diseñaron los parámetros de MTMD. Los ejemplos de cálculo muestran que siempre que el MTMD esté diseñado correctamente, la respuesta dinámica de la onda sísmica de la estructura de control se puede reducir de manera efectiva.
1. Descripción general
Ya en 1909, Frahm en los Estados Unidos propuso el concepto de utilizar el movimiento de una masa para controlar o debilitar el movimiento de otra masa, y lo solicitó. una patente. Después de eso, la gente investigó mucho. Frahm propuso entonces amortiguadores de vibraciones de masa adaptados para reducir la respuesta dinámica de los barcos y luego los aplicó lentamente a la construcción de edificios en el campo de la ingeniería civil para reducir las vibraciones de los edificios bajo los efectos del viento y los terremotos, así como las vibraciones causadas por las cargas de uso. (como galopar). Durante mucho tiempo, la mayor parte de la investigación sobre amortiguadores de masa sintonizados se ha centrado en amortiguadores de masa sintonizados simples.
Dado que la premisa para que TMD funcione es una modulación de frecuencia precisa, STMD es solo un valor de frecuencia. Es difícil conocer con precisión la frecuencia del modo de vibración controlada debido a varias razones y la frecuencia de la estructura. cambiará durante el proceso de vibración, por lo que es casi imposible lograr una modulación de frecuencia precisa de STMD, y también es difícil de aplicar en la práctica, desde la perspectiva del diseño y la construcción, también es difícil establecer una masa grande en una. determinada ubicación, por lo que es necesario utilizar otras formas de TMD. En los últimos años, con el fin de mejorar la solidez de TMD ante factores inciertos en el sistema principal y en el propio TMD, algunos académicos han comenzado a estudiar MTMD. Sin embargo, los estudios antes mencionados sobre STMD y MTMD se centran en realidad en estructuras principales de un solo grado de libertad, y existen muy pocos análisis sísmicos reales de puentes TMD. Este artículo adopta el método de análisis en el dominio de la frecuencia, considera la posición de TMD en la estructura de múltiples grados de libertad y las características del modo de vibración estructural, y deriva las coordenadas generalizadas del modo de vibración controlada de la estructura MDOF y la frecuencia. ecuación de respuesta del MTMD Sobre esta base, se optimizan y diseñan los parámetros del MTMD y se dan ejemplos de puentes.
En segundo lugar, la ecuación de amplitud de frecuencia del informe de control MTMD en la estructura MDOF.
Supongamos que el grado de libertad de la estructura es m, el número de TMD es n (establecido en un número impar) y la frecuencia de MTMD se distribuye alrededor de la frecuencia del modo de control en un intervalo determinado. . Para facilitar la fabricación, cada TMD adopta la misma rigidez y constante de amortiguación, y sólo cambia la masa.
3. Análisis de parámetros y diseño de MTMD
Los parámetros que se deben determinar al diseñar MTMD incluyen: el número de TMD del MTMD, la constante de rigidez de cada TMD, la amortiguación constante de cada TMD y intervalo de frecuencia TMD.
Una gran cantidad de cálculos han demostrado que los parámetros de optimización de MTMD serán diferentes para diferentes estructuras o diferentes formas de vibración de la misma estructura. Por lo tanto, es necesario realizar un análisis de optimización de parámetros para las formas de vibración específicas. de estructuras específicas. Debido a limitaciones de espacio, los parámetros de optimización del MTMD longitudinal y transversal (que controlan respectivamente la respuesta sísmica del modo longitudinal) del Puente Guanjiagou se detallan a continuación.
En cuarto lugar, análisis del historial de terremotos controlado por MTMD.
El puente Guanjiagou es un puente de vigas simplemente soportado con una longitud total de 464 metros. Es un viaducto de la autopista Wanxian-Liangping en la provincia de Sichuan. Todo el puente adopta vigas de hormigón pretensado de 40 m de longitud y 11 orificios, pilares de paredes delgadas de dos columnas y estribos de gravedad en forma de U. El puente cruza un valle con un desnivel de más de 100 metros desde el fondo de la zanja. Tiene múltiples pilares altos, siendo el muelle más alto a 97 metros sobre el terreno natural. Para analizar específicamente el efecto de reducción sísmica de la instalación de MTMD, este documento utiliza 19 ondas sísmicas diferentes para analizar el historial de tiempo de respuesta sísmica del puente Guanjiagou antes y después de la instalación de MTMD. Los cálculos muestran que MTMD tiene un buen efecto de supresión de vibraciones en la mayoría de las ondas sísmicas. Debido a limitaciones de espacio, sólo se dan dos ondas sísmicas.
MTMD cambia significativamente la respuesta temporal de la estructura y reduce la respuesta dinámica. En los primeros segundos, la respuesta temporal de MTMD básicamente no cambia. Esto se debe a que MTMD aún está en su infancia y aún no es completamente móvil. Aunque algunas ondas sísmicas tienen una respuesta aumentada en momentos individuales, todas ocurren en momentos no fuertes y la respuesta es pequeña e insignificante.
Otra cosa muy importante a tener en cuenta es el componente de frecuencia de la excitación del suelo y la energía (o amplitud) transportada por cada componente de frecuencia. Si una onda sísmica tiene un pico de aceleración grande y el componente de frecuencia que transporta la energía principal está cerca de la frecuencia de control principal de la respuesta dinámica de la estructura, la onda sísmica controlará la estructura. Por otro lado, si el componente de frecuencia que transporta la energía principal se desvía de la frecuencia de control principal de la respuesta dinámica de la estructura, la onda sísmica no tiene ningún efecto de control sobre la estructura. Un requisito previo para que el TMD absorba la energía de respuesta dinámica estructural es que el TMD debe moverse lo suficiente. Si el TMD no se mueve con respecto a la estructura principal, será contraproducente, provocando que la reacción estructural aumente (equivalente a un aumento en la masa de la estructura original, n es el número total de MTMD TMD si comienza a moverse); mover. Sin embargo, cuanto mayor sea el movimiento, menor será su impacto. En cuanto a la onda sísmica que desempeña un papel de control, se convertirá en la respuesta dinámica del modo de vibración principal de la estructura grande y, en consecuencia, también hará que el TMD se mueva mucho, por lo que tiene un buen efecto de control sobre la estructura.
Las ondas sísmicas que no tienen ningún efecto de control sobre la estructura se desvían de la frecuencia de control principal de la respuesta dinámica de la estructura, por lo que no amplificarán la respuesta dinámica del modo de control principal de la estructura. En consecuencia, no causarán grandes movimientos del TMD, por lo que. No tendrán un buen impacto en la estructura. Tiene un efecto de control, pero no importa, porque no tiene ningún efecto de control en la respuesta dinámica de la estructura, y este tipo de onda sísmica no es un objeto controlado.
También existe una situación en la que la reacción máxima máxima se produce de forma pacífica y el período de fuerte vibración ha pasado antes de que el TMD pueda moverse por completo. En este momento, incluso si el componente de frecuencia de la energía principal transportada por las ondas sísmicas está cerca de la frecuencia del modo de vibración controlada de la estructura, el efecto de supresión de vibraciones del TMD será ligeramente peor. A juzgar por la gran cantidad de ejemplos, este es sólo un ejemplo.
Conclusión del verbo (abreviatura de verbo)
Este artículo adopta el método de análisis en el dominio de la frecuencia, considera la posición de TMD en la estructura de múltiples grados de libertad y las características de la forma de vibración. de la estructura, y deriva la estructura MDOF Ecuación de respuesta de frecuencia de coordenadas generalizadas de la forma del modo controlado MTMD. Sobre esta base, se optimizaron y diseñaron los parámetros de MTMD. Los ejemplos de cálculo muestran que siempre que el MTMD esté diseñado correctamente, la respuesta dinámica de la onda sísmica de la estructura de control se puede reducir de manera efectiva.
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