【摘 要】
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永磁式电涡流阻尼器是土木工程结构减振控制领域一种新型的速度型被动耗能减振装置。近年来,湖南大学陈政清教授团队基于板式电涡流阻尼单元发明了新型电涡流调谐质量阻尼器（ECTMD）,结合滚珠丝杠和板式电涡流阻尼单元发明了多种具有高耗能密度的滚珠丝杠式电涡流轴向阻尼器（BS-ECD）。从力学性能上看,BS-ECD是一种非线性速度型阻尼器,其阻尼力本构关系与油阻尼器等传统速度型阻尼器显著不同,因此需要从结构
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（编号:51808210）
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永磁式电涡流阻尼器是土木工程结构减振控制领域一种新型的速度型被动耗能减振装置。近年来,湖南大学陈政清教授团队基于板式电涡流阻尼单元发明了新型电涡流调谐质量阻尼器（ECTMD）,结合滚珠丝杠和板式电涡流阻尼单元发明了多种具有高耗能密度的滚珠丝杠式电涡流轴向阻尼器（BS-ECD）。从力学性能上看,BS-ECD是一种非线性速度型阻尼器,其阻尼力本构关系与油阻尼器等传统速度型阻尼器显著不同,因此需要从结构振动控制层面系统分析其减振性能,并完善其参数设计方法。另一方面,ECTMD具有启动灵敏度高、阻尼线性度好且易于调节等优点,可以制作成适用于桥梁节段模型风洞试验的小型调谐质量阻尼器（TMD）,用于桥梁涡振TMD控制的精细化研究。本文从土木工程结构振动控制的需求出发,通过理论分析和数值模拟研究了BS-ECD对一般单自由度结构承受外部简谐荷载激励和地震动激励的减振效果,以及BS-ECD对斜拉索多模态振动的控制;结合节段模型风洞试验,研究了基于ECTMD的涡振控制理论。论文的主要内容和研究成果如下:（1）推导了BS-ECD在简谐荷载作用下的耗能公式和等效阻尼比,并在等效阻尼比相同的条件下对比了BS-ECD和非线性、线性粘滞液体阻尼器的阻尼力速度曲线和滞回曲线,揭示了BS-ECD的耗能特点。以位移放大系数、阻尼力频响函数和荷载传递率为指标,对比分析了BS-ECD和非线性粘滞液体阻尼器对单自由度结构承受简谐外荷载的振动控制效果,揭示了BS-ECD的设计参数对其减振性能的影响。（2）推导了地震荷载作用下BS-ECD的等效阻尼比公式,并以结构位移响应和加速度响应、阻尼器控制力和耗能大小为指标,通过结构地震时程响应分析和反应谱分析,较系统地研究了BS-ECD的等效阻尼比、临界速度和表观质量等无量纲设计参数对单自由度结构地震响应的控制效果,并与非线性粘滞液体阻尼器进行了对比分析,初步建立了地震荷载作用下BS-ECD的参数设计方法。（3）在等效线性化理论框架下,以BS-ECD的等效线性阻尼系数公式为基础,推导了拉索的无量纲附加模态阻尼比与BS-ECD设计参数之间的关系,并以拉索前几阶模态附加阻尼比的最小值最大为优化准则,建立了BS-ECD的参数优化设计方法,揭示了BS-ECD的最优临界速度、峰值阻尼力和拉索附加模态阻尼比随拉索受控模态阶次的变化规律,,阐明了拉索附加模态阻尼比对阻尼器最优参数偏移和位移幅值变化的敏感性。（4）研制了适用于桥梁节段模型风洞试验的小型ECTMD,并以此为基础开展了桥梁竖向涡振TMD控制的风洞试验,以系统等效阻尼比、桥梁涡振位移幅值和TMD工作行程为控制指标,研究了TMD的质量比、频率比和阻尼比等设计参数对控制效果的影响,并以试验结果为基础对现有的桥梁涡振TMD控制理论和参数设计方法开展了对比研究,提出了实桥涡振控制的TMD参数设计原则。
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