Влияние способа учета демпфирования на оптимизацию параметров динамического гасителя колебаний

DOI: 10.37153/2618-9283-2021-6-29-44

Авторы:  
Рубрики:    Теоретические и экспериментальные исследования, научно-технические разработки   
Ключевые слова: динамический гаситель колебаний, сейсмозащита, учет затухания
Аннотация:
Целью исследований является оценка влияния способа учета демпфирования на эффективность и подбор оптимальных параметров динамических гасителей колебаний при сейсмических воздействиях. Особое внимание уделено работе динамических гасителей колебаний большой массы. Рассматриваются установившиеся гармонические колебания демпфированной системы с динамическим гасителем. Расчетная модель представлена двумя массами, соединенными пружинами. Оптимальные параметры гасителя определяются путем минимизации пиковых смещений на амплитудно-частотной характеристике рассматриваемой системы. Рассмотрено три способа учета демпфирования: гистерезисное в сооружении и гасителе, эквивалентное вязкое в сооружении и пружине гасителя, а также гистерезисное в сооружении и пружине гасителя и дополнительное вязкое в пружине гасителя. Установлено, что при массе гасителя менее 10% от массы защищаемого сооружения способ учета потерь энергии в сооружении и пружине гасителя не существенен. При гасящей массе более 50% от веса сооружения способ учета демпфирования приобретает принципиальное значение. Отмечено, что для сильно демпфированных систем эффективность динамического гасителя колебаний заметно снижается. По-видимому, имеющаяся в литературе неоднозначность и противоречивость рекомендаций по подбору демпфирования в динамическом гасителе связана с существенным влиянием способа учета демпфирования в системе. Рекомендуется учитывать демпфирование в пружине гасителя и в сооружении раздельно. В сооружении демпфирование не превышает обычно 15% от критического и способ его учета не важен, а в пружине гасителя используются специальные демпферы и их учет должен соответствовать фактической диаграмме нагружения демпфера. Используемая литература:

1.        Савинов О.А. О применении динамического гасителя колебаний / О.А. Савинов // Труды научно-исслед. сектора л.о. треста глубинных работ. Л: Стройиздат Наркомстроя. – 1940. – Вып. 1. – С.30-35.

2.        Коренев Б.Г. Динамические гасители колебаний / Б.Г. Коренев, Л.М. Резников. — М., Наука, 1988. — 303 с.

3.        Сахарова В.В. Использование пролетного строения для гашения сейсмических колебаний опор мостов / В.В. Сахарова, А.А. Симкин, А.А. Никитин, А.М. Уздин // Экспресс-информация ВНИИИС. Сер.14. Сейсмостойкое строительство. — 1982. —Вып.4. — С.14-18.

4.        Уздин А.М. Сейсмостойкие конструкции транспортных зданий и сооружений: учебное пособие для студентов вузов железнодорожного транспорта / А.М. Уздин, С.В. Елизаров, Т.А. Белаш — Москва: ФГБОУ "Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте", 2012. — 501 с.

5.        Никитин А.А. Применение динамических гасителей колебаний для сейсмозащиты мостов / А. А. Никитин, А. М. Уздин // Экспресс-информация ВНИИИС. Сер.14. Сейсмостойкое строительство. — 1986. — Вып.9. —С. 20-24.

6.        Цейтлин А.И. Сейсмические колебания многоэтажного здания с «гибким» верхним этажом. Снижение материалоемкости и трудоемкости сейсмостойкого строительства / А.И. Цейтлин, Л.И. Ким // Тезисы докладов Всесоюзного совещания. — М.: Стройиздат. — 1982. — С.85.

7.        Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле / С.П. Тимошенко — М.: Наука. — 1976. — С.209-216.

8.        Нестерова О.П. Особенности работы динамических гасителей колебаний при силовом и кинематическом возмущении демпфированных сооружений / О.П. Нестерова, А.М. Уздин // Известия российской Академии ракетных и артиллерийских наук, Москва — 2016. — Вып. 2(92). — С. 84-89.

9.        Полоротова Н.А. Задание демпфирующих характеристик динамических систем и построение матрицы демпфирования / Н.А. Полоротова, О.П. Нестерова, А.М. Уздин // Строительная механика и расчет сооружений. — 2019. — №6. — С.40-49.

10.    Gutierrez Soto, Mariantonieta. Optimum tuning parameters of tuned mass dampers for vibration. Control of irregular highrise building structures / Mariantonieta Gutierrez Soto, Hojjat Adeli // Journal of civil engineering and management. — 2014. — Volume 20(5). — PP.609–620.

11.    Krenk S. Tuned mass absorbers on damped structures under random load / S. Krenk, J. Hogsberg // Probabilistic Engineering. Mechanics. — 2008. — 23(4). — PP.408–415.

12.    Sadek F. A method of estimating the parameters of tuned mass dampers for seismic application / F.S adek, B. Mohraz, A. W. Taylor, R. M. Chung // Earthquake Engineering and Structural Dynamics — 1997. — 26(6). — PP.617–635.

13.    Hoang N. Design of multiple tuned mass dampers by using a numerical optimizer / N. Hoang, P. Warnitchai // Earthquake Engineering and Structural Dynamics. — 2005. — 34(2). — PP.125–144.

14.    Нестерова О.П. Эффективность динамических гасителей колебаний для массивных сооружений на нескальных основаниях / О.П. Нестерова, А.М. Уздин / Основания, фундаменты и механика грунтов. — 2021. — № 1. — С. 20-25

15.    Durseneva N.V. Peculiarities of Calculating Bridges with Seismic Isolation Including Spherical Bearings and Hydraulic Dampers in Russia / N.V. Durseneva, A.V. Indeykin, I.O. Kuznetsova A.M. Uzdin, M.Yu. Fedorova // Journal of Civil Engineering and Architecture. — 2015. — Volume 9, Number 4. — PP.401-409

16.    Skiner R.I. An introduction to seismic isolation / R.I. Skiner, W.H. Robinson, G.H. McVerry — New Zealand. John Wiley & Sons, 1993. — 353p.

17.    Soydan С. Design of a Special Lead Extrusion Damper / C. Soydan, A. Gullu, O.E. Hepbostanc, E. Yuksel, E. Irtem // Conference: 15th World Conference on Earthquake Engineering At: Lisboa, Portugal — 2012 — Volume: 15.

18.    Сорокин Е.С. К теории внутреннего трения при колебаниях упругих систем / Е.С. Сорокин — М.: Гос. изд. по строит., арх. и строит. материалам, 1960. — 129 c.

19.    Цейтлин А.И. Об учете внутреннего трения в нормативных документах по динамическому расчету сооружений / А.И. Цейтлин // Строительная механика и расчет сооружений. — 1981. — №4. — С. 33-38.

20.    Резников А.М. Эквивалентная модель многомассовой системы с вязким и частотно-независимым внутренним трением / А.М. Резников // Строительная механика и расчет сооружений. — 1979. — №4. — С.44-48.

21.    Пановко Я.Г. Внутреннее трение при колебаниях упругих систем / Я.Г. Пановко — М.: Физматгиз, 1960. – 193 с.

22.    Soroka W.W. Note on the relations between viscous and structural damping coefficients / W.W. Soroka // Journal of the Aeronautical Sciences. — 1949. —16. — Р.409

23.    Igusta T. Modal decomposition method for stationary response of non-classically damped systems / T. Igusta, A. Kiureghian., C.A. Sackman // Earthquake Engineering and Structural Dynamics. — 1984. — 12. — РР. 121-136.

24.    Vorobyova К.V. Taking account of damping in estimating structure earthquake stability / К.V. Vorobyova, O.P. Nesterova, A.M. Uzdin, N.V. Nikonova, М.Yu. Fedorova // Materials Physics and Mechanics -2016. - 26 - p.57-60.

25.    Нестерова О.П. Метод расчета сильно демпфированных систем с непропорциональным демпфированием / О.П. Нестерова, А.М. Уздин, М.Ю. Федорова // Инженерно-строительный журнал — 2018. — №5(81). — С. 64-72.