工程结构粘滞流体阻尼器的减振机制与控振分析.pdf

第 “ 卷第 “ 期 “ 年 “ 月 东 南 大 学 学 报（ 自 然 科 学 版 ） 8““ 4 分 校在美国国家科学基金会的赞助下， 开始了粘滞流体阻尼器的研制 ［ J C］ ； “AAK 年天津大学采用单出杆粘 滞阻尼筒进行结构振动控制的模型试验； “AAA 年东南大学进行了粘滞流体阻尼器的研制和振动试验 ［B］ ； “AAA 年哈尔滨建筑大学进行了油缸间隙式粘滞阻尼器性能的试验研究 ［F， G］本文对单出杆式和双出杆式 的粘滞流体阻尼器的工作原理进行了分析， 建立了粘滞流体阻尼器的阻尼力与活塞运动速度的关系， 并对 一设置粘滞流体阻尼器的 C 层框架进行了控振分析， 验证了粘滞流体阻尼器对工程结构的减振控制效果 “粘滞流体阻尼器的构造 粘滞流体阻尼器是通过阻尼器中的活塞的往复运动来吸压油腔内的流体， 使得流体高速通过活塞上 的小孔来产生阻尼并耗能的流体阻尼器按其结构可分为以下 种形式 ““单出杆粘滞流体阻尼器 传统的粘滞流体阻尼器研究通常采用单出杆形式， 如图 “ 所示该种粘滞流体阻尼器确实会产生一定 的阻尼， 但这样处理会造成油缸内压力的急剧变化如活塞杆部分进入阻尼器时， 由于缸体和液体都是体 积不可压缩材料， 这样就必然造成阻尼器内油液压力的急剧上升， 从而造成 “顶死” 反之当活塞杆拉出阻 尼器时， 同样由于缸体和液体都是体积不可压缩性， 油腔内就有可能出现 “真空” 这样也可以看出该阻尼 器产生的阻尼力是非常不稳定的该种阻尼器在 “顶死” 阶段是不能作为阻尼器使用的， 真正能提供阻尼的 阶段是在导杆从初始位置拉出和返回初始位置的过程中但是由于 “真空” 的作用， 大大消减了阻尼器的阻 尼可以看出该装置性能并不十分理想， 为了改善单出杆阻尼器的特性， 应考虑采用双出杆流体阻尼器 “双出杆粘滞流体阻尼器 双出杆流体阻尼器结构如图 所示由于双出杆粘滞流体阻尼器在活塞运动时， 导杆在油腔内的总体 图 “ 单出杆阻尼器结构图 “导杆；油缸；活塞； K阻尼孔；C液压油；B油缸盖 图 双出杆阻尼器结构图 “油缸；活塞；阻尼孔；K导杆； C液压油；B油缸盖；F 副缸 积不会发生变化， 这样油腔内的压强也不会产生过大变化， 从而避免了前述单出杆粘滞流体阻尼器的各种 弊端 图 “ 阻尼长孔 阻尼孔的阻尼特性 工程结构用粘滞流体阻尼器的阻尼孔孔径通常较小， 而薄壁锐缘孔口的 加工很难达到要求， 所以在实际应用中通常做成长孔在阻尼器设计时， 为了提 高阻尼器的阻尼， 通常采用粘度较大的液压油， 而阻尼器孔径 又较小， 由 雷诺数的计算公式 “ “， 可知阻尼孔中的流体一般应为层流图 “ 中管 道中为长阻尼孔， 列出 波卓越周期相近， 激振输入采用 3456789; 波计算方法则采用了 42;8-法进行逐步积分 从图’ *图*可以看出 结构在附加阻尼器后地震反应 （位移、 速度、 加速度） 明显减小， 这表明采用粘 图 ’ 顶层位移时程反应 图 顶层速度时程反应 图 * 顶层加速度时程反应 滞流体阻尼器可以有效地控制结构的动力响应对比图 . *图 * （图中 /“表示阻尼器阻尼） 的各控制曲线 可以看出， 阻尼器阻尼在 ,的不同次方的作用下， 结构的动力反应稍有差异， ,的次数越小， 控制效果越好 产生这种微小差异的原因在于阻尼器的耗能主要是在大阻尼力阶段产生的， 其正好对应于速度较大的情 况而在 ,0中0 的值较大时， 低速下该阻尼器产生的阻尼力也就较小， 但是这时由于速度较低， 耗能较少， 所以其对控制结果影响并不大 ’东南大学学报 （自然科学版）第 ，/70 A B C127D172’ D*12*’E1， E2001， F G71720 H*72’ *G -002 I0DD， “JJK （J） LJK M JNJ O7 P ， 60 Q，B* H I R;D 20E*0 *G F;E02.D*0D10F FSD01 T7’F 7F02 021U7V0 0WD1* -002 C127D1720， “JJJ， “ “ M “,L IV2 XD*， /*11*7 I /，R’1D’ ;*F0’ *G ZD*0’1D G’7F F;E02 H*72’ *G C127D172’ -002， “JJ， ““J （““） “N M ,IV2 XD*，/*11*7 I / Y2D1*’.F02Z1Z0 IW[0’’ ;*F0’ G*2 ZD*7 F;E02 H*72’ *G C127D172’ -002，“JJ“， ““K （J） KNL M K, IV2 XD*，R27 8 Y，/*11*7 I / R;D ’ *G 002’\0F ZD*0’1D G’7F H*72’ *G -002 I0DD “JJ， ““J （L） “55 M “5KJ 5叶正强 工程结构粘滞流体阻尼器的试验研究［学位论文］ 南京 东南大学土木工程学院， NNN K]7 H ，地震工程与工程振动， “JJ5， “5 （） K M J5 L欧进萍， 丁建华油缸间隙式阻尼器理论与试验研究地震工程与工程振动， “JJJ， “J （,） L M LJ J盛敬超 工程流体力学北京 机械工业出版社， “JLLK M “5 “N杨国华天津站斜拉人行天桥的地震反应与振动控制［学位论文］ 天津 天津大学建工学院，“JJL “E02 F 1 F;E D2D1021D， G*2;7. ’ *G 10 20’1* T01[00 10 F;E G*2D0 F 10 E00F *G F;E02 E2*E*0F， F 10 F;D 20E*0 *G GZ0. 1*20 G2;0 0U7EE0F [1 ZD*7 G’7F F;E02 20 D’D7’10F A0 207’1 D*G2; 11 ZD*7 G’7F F;E02 *E02. 10 [0’’ D*12*’’ F ’00 ZT21* *G 0002 D*127D1* ;1 ,6E02；F;E *’0；;*F0’ ’ “5第 “ 期杨国华等 工程结构粘滞流体阻尼器的减振机制与控振分析 工程结构粘滞流体阻尼器的减振机制与控振分析工程结构粘滞流体阻尼器的减振机制与控振分析 作者杨国华， 李爱群， 程文韍， 叶正强 作者单位东南大学土木工程学院, 南京 210096 刊名 东南大学学报自然科学版 英文刊名JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY 年，卷期2001，311 被引用次数24次 参考文献10条参考文献10条 1.Housner G W.Bergman L A.Caughey T K Structural control past,present,and future 199709 2.Xu Y L.He Q.Ko J M Dynamic response of damper-connected adjacent buildings under earthquake excition 1999 3.Makris Nicos.Constantinou M C.Dargush G F Analytical model of viscoelastic fluid dampers 199311 4.Makris Nicos.Constantinou M C Fractional-derivative Maxwell model for viscous dampers 199109 5.Makris Nicos.Dargush G F.Constantinou M C Dynamic analysis of generalized viscoelastic fluids 199308 6.叶正强 工程结构减振粘滞流体阻尼器的动态软科学性能试验研究[学位论文] 2000 7.Ou J P.Wu Bo.Song T T Recent advances in research on application of passive energy dissipation systems 199603 8.欧进萍.丁建华 油缸间隙式阻尼器理论与试验研究[期刊论文]-地震工程与工程振动 199904 9.盛敬超 工程流体力学 1988 10.杨国华 天津站斜接人行天桥动力分析与振动控制[学位论文] 1998 相似文献4条相似文献4条 1.学位论文 叶正强 粘滞流体阻尼器消能减振技术的理论、试验与应用研究 2003 结构消能减振技术是一种结构控制技术,它是通过在结构的适当位置安装消能减振装置,利用这些装置的耗能来减小结构在强震和大风作用下的振动 反应.粘滞流体阻尼器就是一种性能优良的消能减振装置.该文针对粘滞流体阻尼器消能减振技术的理论、试验与工程应用进行了系统的研究.1对粘滞 流体阻尼器的减振机理进行分析,对比了双出杆、单出杆、油缸间隙式以及外加油路装置等不同构造的阻尼器的工作性能和优缺点;对不同粘度的硅油、 液压油等粘滞阻尼材料的性能进行了对比研究.2以伯努利方程和层流理论为基础,根据流体力学理论建立了双出杆型粘滞流体阻尼器的理论计算公式 ,并探讨了理论计算公式与实际应用之间产生差异的原因.3在研究基本原理的基础上,设计、研制出具有自主知识产权的性能良好的粘滞流体阻尼器产 品双出杆型粘滞流体阻尼器.4进行了粘滞流体阻尼器的动态力学性能试验、力学模型建立和性能参数标定,系统地对粘滞流体阻尼器工作性能的 各种影响因素进行研究.研究认为,粘滞流体阻尼器的输出阻尼力与活塞有效面积、阻尼孔面积大小、阻尼孔长度和形状、活塞运动速度、温度、阻尼材 料粘度和粘温关系、激振频率和位移幅值变化等各种因素有关,并通过试验得出了阻尼力与各种影响参数之间的经验公式.5研究了粘滞流体阻尼器用 于建筑结构消能减振设计的设计原理、分析方法.包括阻尼器的设置、消能支撑的型式、支撑钢杆的设计、抗震设防目标、消能减振建筑结构的特点,以 及消能减振结构设计计算要点;给出了消能减振结构的附加水平控制力、阻尼器附加有效阻尼比和总有效阻尼比、地震影响系数、阻尼矩阵的计算方法 ;介绍了采用粘滞流体阻尼器进行消能减振设计的两种计算方法振型分解反应谱法和直接动力时程分析法设计计算要点;给出了采用粘滞流体阻尼器 进行消能减振设计的实用设计步骤.6研究了采用粘滞流体阻尼器的调频质量阻尼器系统TMD用于大跨结构和高柔结构消能减振设计的设计原理 .7通过对粘滞流体阻尼器用于高层结构、大跨结构、顶部设有钢塔的高层结构等实际工程的研究,进一步介绍了粘滞流体阻尼器用于工程结构消能减 振的设计方法.对工程采用粘滞流体阻尼器减振设计的计算原理、阻尼器选用、阻尼器布置、连接装置的构造做法以及减振结果分析进行了详细介绍. 2.学位论文 叶正强 工程结构减振粘滞流体阻尼器的动态软科学性能试验研究 2000 该文首先对不同结构构造的沾滞流体阻尼器的耗能原理进行了研究,研制出了一种性能良好的阻尼器━━双出杆型粘滞流体阻尼器,对其优缺点和影 响因素进行了分析,认为粘滞流体阻尼器的阻尼力主要与活塞有效面积、阻尼孔大小和长度、振动频率、温度、阻尼材料类别等因素有关,并根据流体力 学理论建立了这种阻尼器的动力性能数学模型.在此基础上,对这种流体阻尼器进行了动态软科学性能试验,是流体阻尼器在各种条件下的动力性能指标 ,得出了计算阻尼力的经验公式.最后,对一栋装设流体阻尼器的七层钢筋混凝土框架结构建筑进行了在水平地震作用下的时程反应分析. 3.会议论文 杨国华.李爱群.程文瀼 幂指关系粘滞流体阻尼器的力学性能研究 本文从工程应用的角度出发,对采用不同幂指流体时粘滞流体阻尼器的输出力计算公式进行了推导,并对影响阻尼器系数的各因素进行了分析.给出 了幂指关系的粘滞流体阻尼器的阻尼孔面积组合原则,并通过和试验结果的对比对公式进行了验证. 4.学位论文 黄镇 非线性粘滞阻尼器理论与试验研究 2007 消能减震振技术是一种有效的结构控制技术，它通过在结构的适当位置安装消能减震振装置，利用这些装置的耗能来减小结构在地震、大风或 其它动力荷载作用下的动力响应。粘滞阻尼器即为一种性能优良的消能减震振装置。目前，国内对粘滞阻尼器的研发还未达到系统化、系列化和产业 化的程度，研制和开发性能稳定、耗能能力强的阻尼器，对于打破国外的技术垄断，掌握具有自主知识产权的专有技术，生产出性能优良的阻尼器产品 ，具有重要的经济效益和社会效益。 本文对新型非线性粘滞阻尼器的理论、试验和生产工艺进行了系统的研究，主要研究成果如下 1、在已研发的双出杆型粘滞阻尼器的基础上，为保证阻尼器工作性能的稳定和耐久，对其密封、抗锈蚀工艺以及快速响应性能等方面进行了改进 和完善，使之更好地满足实际工程的需要。 2、介绍了常规粘滞阻尼器所用阻尼介质的基本性能，研制了细长孔式粘滞阻尼器；基于流体力学的相关理论以及该阻尼器的构造特点，分析和研 究了其耗能机理；推导和建立了该型阻尼器采用牛顿和非牛顿流体的通用阻尼力计算公式；通过试验，重点研究了活塞相对运动速度、阻尼介质粘度、 阻尼孔径、阻尼孔长、环境温度、密封质量和阻尼介质灌注质量等因素对该型阻尼器力学性能的影响。 3、提出并研制了螺旋孔式粘滞流体阻尼器针对该型阻尼器的构造特点，介绍了粘性流体在圆截面螺旋管道内的流动形态和特点；根据流体在阻 尼孔道内的流场，对粘滞流体流经螺旋管道后的能量损失进行了分析，其压能的损失主要由沿程阻力损失及旋转动能两部分组成；在此基础上，推导和 建立了该型阻尼器的阻尼力简化计算公式；通过试验，研究了活塞相对运动速度、环境温度、阻尼孔构造以及疲劳等因素对该型阻尼器力学性能的影响 。 4、针对粘滞阻尼器在实际工程应用中遇到的问题，提出并研制了调节阀式粘滞流体阻尼器，设计出两种基本的阻尼器构造形式介绍了阻尼器中 调节阀的作用、特点以及工作原理，研究了两种类型阻尼器的耗能机理，并重点对阻尼器的力学性能进行理论分析和试验研究，建立了两种类型阻尼器 输出阻尼力的简化计算公式。 5、对不同构造的粘滞阻尼器的共有性能进行分析与研究；揭示了粘滞阻尼器的粘弹性效应、材料的可压缩性、阻尼力滞后效应对其性能的影响规 律；在此基础上，对粘滞阻尼器的力学分析模型进行了修正研究了阻尼器的耗能效率，分析了阻尼器耗能能力的影响因素，建立了粘滞阻尼器的耗能 能力评价标准；分析了阻尼器构造的变化对其性能，特别是对速度指数α产生的影响，并提出了修正建议。 引证文献24条引证文献24条 1.杨国华.叶正强.李爱群 幂指关系粘滞流体阻尼器的力学性能研究[期刊论文]-建筑结构 20088 2.张志强.李爱群.徐庆阳.乌兰 建筑减振粘滞阻尼器工程应用新进展[期刊论文]-江苏建筑 20072 3.何玲.郑钢铁 流体阻尼器中粘性发热的反馈作用与热平衡研究[期刊论文]-应用力学学报 20064 4.周云.邓雪松.汤统壁.吴从晓.聂一恒.丁鲲 中国大陆耗能减震技术理论研究、应用的回顾与前瞻[期刊论文]- 工程抗震与加固改造 20066 5.汪大洋.周云.王烨华.丁鲲 粘滞阻尼减震结构的研究与应用进展[期刊论文]-工程抗震与加固改造 20064 6.贺军利.汪大绥 消能减振房屋抗震设计方法研究述评[期刊论文]-世界地震工程 20054 7.马丽萍.石炎福.余华瑞 小波分析及其在化工信号分析处理中的应用及展望[期刊论文]-化工进展 20052 8.陈道政.李爱群.张志强.杨蔚彪.叶正强 某科研楼楼顶钢结构塔楼的减振设计[期刊论文]-工业建筑 2005z1 9.杨斌 可变阻尼材料用于板类结构振动抑制研究[学位论文]硕士 2005 10.庄中华 双剪型铅橡胶阻尼器的研究与工程应用[学位论文]硕士 2005 11.庄中华 双剪型铅橡胶阻尼器的研究与工程应用[学位论文]硕士 2005 12.刘月兴 空间索杆结构的抗风性能研究[学位论文]硕士 2005 13.贺磊 非线性粘滞阻尼器消能结构设计和分析方法研究[学位论文]硕士 2005 14.陈建斌 高层建筑方钢管混凝土组合结构非线性地震反应分析理论与试验研究[学位论文]博士 2005 15.谢勇锋 高强螺栓连接节点的耗能性能研究[学位论文]硕士 2005 16.辛宇翔.楼梦麟.陈根达 结构混合耗能控制研究[期刊论文]-同济大学学报自然科学版 20043 17.陈道政.李爱群.张志强.叶正强.杨蔚彪 西安某科研楼顶钢结构塔楼风振控制的研究[期刊论文]-钢结构 20044 18.汤昱川.张玉良.张铜生 粘滞阻尼器减震结构的非线性动力分析[期刊论文]-工程力学 20041 19.刘军龙 双出杆空隙式粘滞流体阻尼器的定型化设计与实验研究[学位论文]硕士 2004 20.龙旭 结构速度相关型阻尼减振体系抗振分析、设计与试验研究[学位论文]博士 2004 21.杨国华.李爱群.程文瀼 某化工厂房结构采用粘滞流体阻尼器的减振设计研究[期刊论文]-工业建筑 20036 22.杨国华.李爱群.程文瀼 结构控震设计中流体阻尼器的指数选择与控制系统设计[期刊论文]-工业建筑 20036 23.杨国华.李爱群.程文瀼.叶正强 不同类型流体阻尼器的结构损伤控制效果分析[期刊论文]-工程力学 20026 24.叶正强.李爱群.程文.杨国华.丁幼亮 采用粘滞流体阻尼器的工程结构减振设计研究[期刊论文]-建筑结构学报 20014 本文链接 授权使用太原科技大学tykjdx，授权号1ce47cfb-cab0-4129-bee8-9e21012b5a6e 下载时间2010年11月1日