本技术提供一种细长结构的振动控制装置及振动控制方法。装置包括固定组件、阻尼组件、悬臂杆和两个质量块,悬臂杆的两端连接一质量块,阻尼组件设于悬臂杆和/或质量块内部;双悬臂防振结构通过固定组件安装于细长结构的下方;方法包括确定细长结构的模态频率、模态阻尼、模态质量和控制模态阶数,根据上述细长结构的数据确定装置的配置参数:根据配置参数中的质量块的质量、悬臂杆的刚度、悬臂杆的长度和双悬臂防振结构的阻尼比确定双悬臂防振结构自身的配置;根据控制模态阶数和细长结构的长度确定细长结构的模态振型最大位移点,将最大位移点确定为双悬臂防振结构在细长结构的安装位置。本发明具有减振效果优良、且结构简单等优点。
背景技术
常见细长结构主要包括:(1)索类结构,如斜拉桥的斜拉细长结构、悬细长结构桥的吊细长结构等;(2)功能性细长管状结构,如:桅杆、烟囱、避雷针、输气管道等;(3)塔架的刚性杆件,如输电塔架的斜杆、横杆等。细长结构通常是主结构的关键承重构件或关键维稳构件,然而,细长结构通常具有长细比大、质量轻、刚度小、阻尼小等特点,极易在风、雨、锚固端运动、内部(外部)激励等作用下发生振动。细长结构振动的危害是多方面的,轻则扰乱主结构服役期正常功能、重者造成锚固部位疲劳损伤,诱发主结构安全问题。如大跨桥梁的细长结构大幅振动会造成桥上车辆驾驶员视觉恐慌,威胁桥上行车安全;如输电塔架的刚性杆件振动将威胁塔架主结构安全,威胁输电线网正常运营。
常见细长结构的振动主要包括:风雨振、涡激共振、驰振、参数振动、抖振、强迫振动等。由于细长结构通常具有柔性大、阻尼小的特点,当振动发生时,细长结构往往会出现大幅振动。对索类等细长结构,在降雨且伴有中等强度风速的天气下,索的表面会覆盖稳定的上水线,从而将改变索体气动外形,诱发索体发生大幅风雨振,振幅可达到索径的2~5倍;同时,在特定风速天气下,流体经过细长结构截面后将发生稳定的涡脱,当涡脱频率与细长结构的某阶自振频率接近时,细长结构发生涡振,这是一种带有自激特性的强迫振动。此外,细长结构的振动在很多情况下都会发生涉及到细长结构面内、面外两个方向振动的耦合问题。可见,细长结构的振动发生条件简单、持续时间长、威胁细长结构自身及主结构的安全,必须对有承重、维稳等功能的细长结构进行振动控制。
为解决上述问题,现有细长结构的振动控制方法为:在细长结构的靠近主结构的锚固端安装直接型阻尼器系统,以提升结构的目标阶模态阻尼比,降低细长结构的风致振动响应,但其存在以下问题:
(1)有效减振效率低。直接型阻尼器系统的减振效果受支撑柱刚度和连接件的精度和强度影响,该影响由系统机械效率系数表述,该系数一般会将直接型阻尼器系统有效率降低一半或以上,且难以避免;同时,在需要控制宽频模态振动时,通常需要在细长结构设置两处以上的直接型阻尼器系统,其成本高、施工复杂、效率低。
(2)直接型阻尼器系统对支撑刚度要求高,使得系统中的支撑连接组件结构复杂,施工难度大、耐久性差、成本高。具体的:(a)直接型阻尼器系统在安装支撑组件时,通常需焊接及火焰切割设备及燃料,如乙炔罐、氧气罐等,其施工复杂、且具有危险性;(b)接地型阻尼器系统的阻尼组件和支撑组件之间需要设置复杂的铰接结构,其耐久性差、不易维护,且成本高;(c)直接型阻尼器系统需设计的参数多、且参数设计复杂,效率低。
实现思路