复合阻尼电缆设计与阻尼性能的试验研究

时间:2019-03-25 06:29:34 来源:绥江新闻网 作者:匿名



复合阻尼电缆设计与阻尼性能的试验研究

作者:未知

摘要:大凹陷二次电缆用于承受横向荷载效应。主电缆由多个弹簧悬挂,以使主电缆保持近似直线状态,并获得主电缆在小张力下的最大弦刚度。磁电流在主电缆上串联连接。已经开发出可变阻尼器和复位弹簧以产生复合阻尼缆线。

塔架结构用于模拟高层结构,塔架与地面之间安装18米复合阻尼电缆。实验研究了主缆的不同刚度,主缆的不同安装高度以及磁流变阻尼器的不同输入。复合阻尼电缆对电压下结构振动控制的影响。

结果表明,复合索的弦向刚度越大,阻尼效果越好;阻尼电缆的安装高度越高,高层结构的一阶弯曲振动的阻尼效果越好;该装置的阻尼系数增大,结构的附加等效阻尼比先增加后减小,最佳阻尼系数存在,使结构获得最佳阻尼效果。

关键词:振动控制;高层建筑;复合阻尼电缆;阻尼器;实验研究

中图分类号:TU973.2; TU317 .1文献代码:AArticle ID:1004-4523(2018)04-0591-08

DOI:10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2018.04.006

介绍

随着社会经济和技术进步的发展,各种高层建筑正在兴起,如高耸的建筑结构,大跨度桥梁,大功率风力发电机塔架,大跨度输电塔,高耸的化工设备塔等。这些部件由于高弹性和低阻尼而由于高柔韧性和频繁的风力而极大地振动甚至坍塌,导致国民经济和人民生命财产的重大损失[1-2]。

高层结构阻尼有两种主要的动态模式:调谐阻尼和阻尼阻尼。

FM质量阻尼器(TMD)已广泛用于高层结构阻尼。例如,台北101大楼,上海东方明珠电视塔,广州新电视塔等高层建筑均由TMD控制风振控制[3]。Zhang等[4]用TMD研究了输电塔的振动控制。

Battista等人。 [5]提出了一种非线性摆式减振器来控制输电塔的一阶模态振动。

P J Carrato等。 [6]分析了TMD在140米高的太阳能集热器上的振动控制。

Chen Xin等[7]通过模型试验研究了TMD对高烟窗的阻尼效应。

虽然TMD及其改进的装置可以在一定程度上降低结构的动态响应,但它只能控制几种振动模式的风振响应,阻尼效果有限[8]。

使用阻尼器来增加高层结构的阻尼是减少高层结构振动的最直接方法。

陈波等。文献[8]研究了基于磁流变(MR)阻尼器的输电塔线路系统的风振控制。

Yin Peng等[9]提出了一种用于风力发电机振动控制的橡胶铅阻尼器。

范玉江等。 [10]使用压电摩擦阻尼器来研究输电塔结构中的振动控制。

由于高层结构层之间的变形小,阻尼器的能量阻尼效果难以发挥,结构阻尼效果也受到限制。

高强度结构在强风的作用下经受弯曲或扭转振动。该结构在地面附近具有小幅度并且远离地面具有大幅度。为了充分利用该结构,大幅度驱动阻尼器消耗能量和振动。作者发明了一种化合物。阻尼电缆[11]可以实现阻尼力的长距离传递,提高阻尼器对高层结构风振的阻尼作用。

1复合阻尼电缆结构设计和减振原理

复合阻尼电缆的阻尼原理如图1所示。现场照片如图2所示。

其主要部件包括:主电缆,二次电缆,吊杆,阻尼器和复位弹簧。

主电缆的上端和辅助电缆连接到该结构,并且下端连接到地锚。

辅助电缆通过吊杆的弹性悬架连接到主电缆。主电缆可以在小轴向张力的作用下实现主电缆提升点和主电缆的上下锚点在同一直线上,使主电缆串的刚度和轴向刚度基本相同。

二次电缆保持较大的下垂并承受二次电缆本身,吊杆,主电缆和阻尼器的所有重力。二次电缆具有大的下垂,并且其拉力也很小。阻尼器与复位弹簧并联连接,整体与主电缆串联。

使用上述原理,复合阻尼电缆可以在小的缆索力下实现比回弹刚度大得多的主缆索弦刚度。当结构横向振动时,发生点A在结构上相对于接地点D的相对位移。如图1所示。

由于主缆的刚度远大于复位弹簧的刚度,主缆AB段和主缆CD段的变形很小,BC段的变形近似等于结构点A和地面D,然后由B和C的相对运动驱动。阻尼器阻尼结构。

当主缆拉力增加时,复位弹簧和阻尼器同时拉伸;当主缆拉力减小时,复位弹簧收缩,压缩阻尼器,当复位弹簧的预紧力总是大于最大阻尼力时,可以实现主。电缆始终伸展,以确保阻尼器正常运行。

2复合阻尼电缆阻尼试验方法

2.1测试概述阻尼电缆对结构阻尼测试如图1和图2所示。

使用高度为3m,截面长×宽×厚60mm×40mm×4mm的矩形钢管作为柱。在柱顶部安装160千克的重量,并且柱的下端锚定以形成单自由度系统。结构的一阶弯曲振动。

复合阻尼电缆的主缆是直径为6毫米的钢丝绳,直径为1.5毫米的钢丝绳和直径为1毫米的钢丝绳。

串联磁流变(MR)阻尼器和复位弹簧在主电缆上串联连接,阻尼器与弹簧并联连接。测试参数如表1所示。

关于MR阻尼器的力学模型已经有很多研究,使用阻尼力 - 速度的指数关系[12] Fd=cvα(2)其中Fd是阻尼力,c是阻尼系数,v是相对的阻尼器。移动速度,α是速度指标。

通过数值拟合,获得α=0.16,并且阻尼系数c与输入电压之间的关系为c=129.91u2 4.66u 32.04(3)其中u是MR阻尼器的输入电压。

将由公式(2)拟合的阻尼力与测量的阻尼力进行比较。如图4所示,在阻尼力 - 速度图中,测量值是双S曲线,并且模型被计算为其内部单S曲线。从图中可以看出,指数关系接近于大速度下测得的阻尼力,位移 - 阻尼力曲线与测量值一致,可以更好地模拟磁流变阻尼器的能耗。

2.3测试和测量计算方法

人工激励方法用于振动结构。当结构的振幅达到设定值时,突然消除激励,并且结构继续自由振动。

高度为1.4米的平面内水平位移时间历程如图5所示。

2.4复合阻尼电缆与单阻尼电缆阻尼效果的比较单阻尼电缆难以直接应用于高层结构的减振。最直接的原因是随着阻尼电缆的跨度增加,其下垂增加,从而导致电缆弦向刚度随着下垂的增加而显着减小。

当阻尼电缆的弦向刚度小于复位弹簧的刚度时,结构的振动主要引起阻尼电缆的弦向变形,复位弹簧的变形小,导致行程小而且低用于驱动阻尼器的能量消耗。

为了获得阻尼电缆对结构阻尼效果的影响规律,特别是阻尼电缆的下垂,应尽可能增加阻尼电缆的跨度。测试中使用的阻尼电缆跨度为L=18 m,阻尼电缆为主电缆的均匀重量,用于模拟超长阻尼电缆的垂直跨度比,以及下垂的影响研究了阻尼效应。

复合阻尼电缆采用双索结构,二次电缆与主电缆之间的四根悬挂杆根据跨度等距分布。如图1所示,通过移除复合阻尼电缆中的悬挂杆来阻尼单个阻尼电缆。

在同一配重中,复合阻尼索主绳与单索力基本相同,比较分析了两种结构的减振效果。

由于减振器未安装在二次电缆上,并且二次电缆力远小于主电缆力,因此忽略了对结构的阻尼效应。

3阻尼电缆振动试验结果和分析

3.1阻尼电缆下垂对阻尼效果的影响根据阻尼电缆的重量,分为7种工作条件。复合阻尼电缆和单阻尼电缆在每种工作条件下进行测试。测量阻尼电缆在各种工况下的阻尼度,主缆拉力,刚度比β(主缆索刚度/主缆回弹刚度),结构等效阻尼如表2所示。

Nisso和复合阻尼电缆的阻尼效果接近结构; (2)随着配重的重量增加,阻尼电缆的平均长度增加,单个阻尼电缆的阻尼效果减小,并且增加了等效阻尼。比率迅速下降; (3)在相同的平均管道质量下,复合阻尼电缆提供的等效阻尼比大于单阻尼电缆提供的等效阻尼比,主缆的质量延伸。对比效果更明显; (4)当平均管道质量≤0.4kg/m时,增加对复合阻尼器的阻尼影响不大,等效阻尼比变化不大;当≥0.4kg/m时,增加大对复合阻尼器阻尼效果显着,等效阻尼比迅速下降。从图8和图9可以看出,单索垂直跨度比随平均管道质量的增加而增大,等效阻尼比随垂直跨距比的增大而单调减小。

对于复合阻尼电缆,当平均管道质量≤0.4kg/m时,垂直缓冲电缆的垂直跨度较小,主电缆管道质量的增加对主电缆压降比和结构的附加影响不大。等效阻尼比;当≥0.4kg/m时,二次电缆太大,并且跨度与主电缆重合,导致主电缆垂度比显着增加,并且结构的附加等效阻尼比显着降低。

单根电缆和双股电缆的主缆刚度比与等效阻尼比之间的关系如图10所示。对于相同的阻尼器性能参数和复位弹簧刚度,复合阻尼电缆的结构为弦向结构。阻尼电缆的刚度降低。提供的等效阻尼比迅速降低。

当刚度比β≤5时,刚度比近似与等效阻尼比成正比;当刚度比为5时李洪楠,白海峰。高压输电塔线系统抗灾研究的最新进展[J]。中国土木工程学报,2007,40(2):40-46。

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关键词:振动控制;高层建筑;复合阻尼电缆;阻尼器;实验研究

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