非线性-线性联合结构控制方法减震性能研究

王菁菁， 刘志彬， 浩文明

(1. 广州大学 土木工程学院，广州 510006；2. 湖南工业大学 土木工程学院，湖南 株洲 412000)

结构控制技术能够有效减小结构地震响应[1]，其中调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper， TMD)在实际工程中应用十分广泛[2-3]。TMD一般放置在主体结构顶层，理论模型中TMD的附加质量通过线性弹簧和阻尼单元与主体结构相连，由TMD和主体结构组成的系统为线性系统。当TMD与主体结构频率相调谐时，TMD振动剧烈，消耗系统能量从而减小主体结构响应。真实结构的频率可能因为环境和荷载的不确定性、设计与施工之间的差异、以及极端荷载作用下构件发生损伤而改变，造成TMD与主体结构失调。此时，在初始设计中性能良好的TMD减振性能发生退化[4]。非线性能量阱(Nonlinear Energy Sink， NES)是一种非线性质量阻尼器，使用非线性弹簧代替TMD中的线性弹簧[5-7]，即NES的恢复力与其位移成非线性关系，具有可变刚度。现有研究中[8-14]将恢复力与位移成三次方关系的NES定义为一型NES。一型NES的恢复力切线刚度随位移增大而增大，自振频率也随之改变，使得NES能够与较广范围的频率相调谐，对主体结构频率的变化具有较高的鲁棒性。但同时，NES的非线性特点导致其控制性能对输入能量大小较敏感[15]，即只能在某一能量等级达到有效减振所需的理想刚度。对于能量变化较大的地震作用，NES将无法发挥其最佳减震性能。为解决上述问题，作者提出了将线性和非线性两类控制方法联合使用的结构控制方法，使一个或一组装置同时具备TMD的线性特点和NES的非线性特点，在脉冲型荷载作用下，线性和非线性联合的控制方法展现出较强的能量鲁棒性和频率鲁棒性[16]。……