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分布式TMD对斜拉桥减震的配置和参数优化研究
| 论文题名： | 分布式TMD对斜拉桥减震的配置和参数优化研究 |
| 关键词： | 斜拉桥;梯度优化法;减震模型;参数优化 |
| 摘要： | 斜拉桥结构阻尼低、柔度大，在地震荷载作用下会导致上部结构的大幅振动，易在关键部位产生大的内力而使结构破坏失效，因此需要采取安装TMD(tunedmass dampers)等措施进行减震。作为大型空间柔性结构，斜拉桥具有复杂的静动力特性，往往表现出主频低，模态密集的特性。因此，需要采用分布式TMD以实现对结构的多阶模态振动减震，进而通过合理的方法来实现多TMD的配置和参数优化。 本文在总结国内外结构振动控制及斜拉桥减震的基础上，探讨用基于模态坐标表示的H2范数指标实现斜拉桥减震的TMD的配置优化，以及基于H2性能的梯度优化法实现分布式TMD的参数优化，并对减震效果进行分析。主要研究工作如下: 1.用基于模态坐标表示的H2范数，建立考虑了外界激励影响的针对TMD配置优化的指标，提供了一种能够实现定量分析TMD配置数量和位置的方法;建立分布式TMD对地震激励下多自由度结构实现多模态减震的力学模型，并表达为闭环静力反馈控制的形式，研究了具有较高优化效率的基于H2性能的梯度优化法，实现了对多模态调谐减震的TMD的参数同步整体优化。 2.以构建的理想三自由度密频结构为例，进行分布式TMD的优化设计。引入以控制输出分量表示的无量纲评价指标，优化得到了具有相对普适性的控制输出权重，进而利用基于H2性能的梯度优化法实现了TMD的参数优化。经过与经典TMD优化方法的对比，验证了基于H2性能的梯度优化法优化所得的TMD在针对多模态密频结构减震时具有更好的性能。 3.分别针对斜拉桥施工状态及成桥状态，建立了用于控制设计的结构模型，对斜拉桥结构动力特性和响应特征进行分析。利用基于H2范数的配置指标定量分析了TMD最优安装位置和数量，结果表明通过该指标配置的TMD数量和位置更具敏感性，并考虑了外激励的影响，达到了更好的TMD配置效果;利用基于H2性能的梯度优化法和经典方法优化了配置的TMD的参数，多个角度评价和分析了不同地震波输入时两种方法TMD的减震效果，结果表明利用基于H2性能的梯度优化法优化的TMD对频率密集的斜拉桥结构能够取得更好的减震效果。 |
| 作者： | 胡九战 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 文永奎 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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