专利名称：一种结构物的连续型振动控制方法及连续型振动控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及土木工程领域，特别是涉及一种结构物的连续型振动控制方法及连续型振动控制器，其主要用于房屋建筑和桥梁工程的振动控制。
背景技术：
20世纪，世界桥梁工程取得巨大成就，大跨桥梁如雨后春笋般诞生。如连通本州一四国的日本明石大桥(悬索桥)，单跨1990m；我国的润扬长江大桥(悬索桥)，跨度1490m。桥梁的大跨、轻质及柔性的趋势越来越强势，但随之而产生的桥梁结构的安全性、风振稳定性等难题显著增大。
进入21世纪，世界桥梁工程将进入跨海联岛的桥梁建设新时期。我国桥梁工程的崛起，全世界瞩目，大跨度悬索桥及斜拉桥的建设水平跃居世界先进行列。我国已大力组织规划跨海工程，如珠江口的伶仃洋通道，舟山联岛工程。项海帆院士预计[1]“21世纪的中国将在桥梁建设中做出辉煌的成就，屹立于世界桥梁强国之列”。
桥梁建设的发展需以桥梁理论的发展为基础。所以，桥梁风振理论、计算流体动力学理论、气动参数识别的改造及超大跨桥梁的抗风措施(如桥梁振动控制措施)等方面的研究尤显重要。
实际上，国内外学者已就桥梁振动理论及桥梁振动控制作了大量的研究工作。
1972年，姚浩平(J.T.P.Yao)教授首次提出“结构控制”理论，从而开创了结构控制研究的新时期。结构控制分三大部分结构特性的自感知、结构使用性能的自诊断、结构响应的自动控制。
结构特性的自感知和结构性能的自诊断，即为结构特性的自动监测和自动诊断。为此，欧进萍院士等人对黑龙江呼兰河大桥采用光纤光栅智能监测技术[2]及李惠教授等人采用集成技术对大型桥梁进行智能健康监测[3]。这些监测技术，对快速准确地监测桥梁的应变、温度变形等性能大显特效，对桥梁健康诊断提供可靠依据。
结构响应的自动控制研究已有30多年的历程。顾明教授等对大跨桥梁的颤动及抖振控制[4]作了很好的综述，并分别采用空气动力学措施和机械阻尼装置等措施控制桥梁颤振、抖振，并提出“抖振选型”的概念。文献[5]通过数值方法和试验证明了调频质量阻尼器(Tuned Mass Dampers，简称TMD)提高桥梁颤振临界风速的有效性。文献[6]用TMD控制桥梁涡激共振，推出TMD最优参数公式，通过算例证明TMD使桥梁涡激振动的位移减小46％。TMD的结构如图4所示由一个质量块6、一个弹簧7、一个阻尼8及若干滚轮9(钢球或叠层橡胶等)组成；由此四种物件构造的体系连于结构物10上。与结构物间产生相对位移、速度，从而产生弹簧力和阻尼力，这两种力可减少风或地震的部分作用。此设备已在美国、日本、新西兰等国应用。TMD的最大缺陷是仅能减小来自某一单方面的例如单向或双向振动的问题。
文献[7，8，9]采用多重TMD(即MTMD)及杠杆式TMD对扬浦大桥进行抖振控制。所谓多重TMD即为多个TMD；所谓杠杆式TMD即在TMD中加入刚性杆，此可克服传统悬吊式TMD占用空间大的缺点，它较方便安装于箱梁等不充分的空间内，文中设计了对应不同质量比的7种TMD系统，研究表明MTMD系统比单个TMD系统的控制效果要好。
以上研究主要反映了TMD、MTMD等控制器及其控制理论的进展，但它们难以控制多个振型，控制不均匀、效果欠佳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构物的连续型振动控制方法及连续型振动控制器，以便解决结构物的连续振动控制和提高减振效果的问题，从而保护包括房屋建筑、桥梁等结构物不受风或地震等作用伤害之目的。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案本发明提供的一种结构物的连续型振动控制方法，具体是将一个长条质量块及与之相连的且均匀分布的弹性减振部件连续布置在结构物上，由此对结构物实施振动控制。
本发明提供的一种连续型控制器(Continuous Tuned Mass Dampers，可简称CTMD)，其结构是采用一个质量块，其侧部至少装有两个间隔均匀、交错分布的弹性减震部件，该弹性减震部件的另一端与结构物相连；在质量块的底部至少安装两对滚轮或滚轴或叠层橡胶，它们与结构物底面活动接触。
本发明与现有技术相比，具有以下的主要优点其一.通过合理选用阻尼、弹簧个数及确定其均匀交错布置于长条质量块与结构物间最优位置，使其密布的阻尼、弹簧能最大限度的协调工作，提高减振效果。
其二.结构简单MTMD是由多个TMD组合而成的，具有多个质量块，而本控制器是个独立体，只有一个大质量块。
其三.除有TMD的技术特点之外，重要的是其振动控制范围更广，控制振型更多。
其四.控制效果好对于超高层建筑，尤其是超大跨桥梁，将一个大型质量块连接多个弹簧和阻尼连续布置于全桥跨或局部，形成“连续型振动控制器”，其减振作用更好。
其五.安装简便，利于推广，应用前景好。
总之，本发明比现有TMD、MTMD控制器振动控制范围更广、控制振型更多、整体性更好、工作协调性更好、效果更佳，能够最大限度地保护结构物。并且结构简单、使用可靠和应用前景好。
图1是本发明连续型控制器在结构物5中应用示意图。
图2是本发明连续型控制器的主视图。
图3是图2的A-A剖视图。
图4是现有TMD的结构示意图。
具体实施例方式
本发明提供的一种结构物的连续型振动控制方法是将一个长条质量块1及与之相连的且均匀分布的弹性减震部件连续布置在结构物5上，由此对结构物实施振动控制。其特点是它对结构实行许多个振型乃至无限个振型的控制；其理论采用二次型模型，模糊控制模型或智能控制模型，它可用多自由度体系和无限自由度体系。尤其对无限自由度体系，可将结构和控制系统连为一体，建立无限自由度的运动方程，实行对整个系统的优化设计。
本发明提供连续型控制器，包括质量块1和与之相连的滚轮2，其具体结构如图1至图3所示采用一个质量块1，其侧部至少装有两个间隔均匀、交错分布的弹性减震部件，该弹性减震部件的另一端与结构物5相连；其至少在两端各装有一对滚轮2，若质量块1很长，按本控制器工作需要与其它必要位置还需安装滚轮2，滚轮与结构物5活动相连。
上述的弹性减震部件可以是弹簧3和阻尼4，它们以若干个数量交错均匀布置并连接质量块和结构物5上；其数量可依实际结构情况而定。
上述的结构物是指房屋建筑或桥梁。
本发明连续型控制器可装在结构物的顶部或其它部位。并且可以沿结构物长方向连续布置，而不同于其它控制装置的分散布置，从而对结构实行连续控制。
例如，将质量块1装在房屋建筑的屋顶上(见图1)，其中所述的弹簧3和阻尼4，其与屋顶侧壁相连；所述的滚轮2一般采用钢球或叠层橡胶，它们与屋顶面活动相连。
又如，将质量块1装在桥梁的箱梁内，其沿结构全跨或局部区域延伸，形成全桥跨的长条状质量块，而弹簧3和阻尼4沿全跨间隔交错密布，形成装在桥梁工程中的新型的阻尼器。
上述的质量块1为材质致密的物块，例如钢筋混凝土块、钢块、混凝土框与人工处理成型的土体的组合体，或由其它种材料制成。该质量块可以是长条状的各种规则体。
下面结合附图简述本发明的工作过程当结构物5在风力、地震等外力作用下发生振动时，质量块1在弹簧3和阻尼4的作用下，随之振动，消耗能量，保证结构物5的安全。在外力很大的情况下，密布的阻尼和弹簧一起协调工作，耗能效果更明显，从而保护包括房屋建筑、桥梁等结构物不受伤害。
参考文献[1]项海帆.进入21世纪的桥梁风工程研究.同济大学学报，2002，30(5)529-532[2]欧进萍，周智，武湛君.黑龙江呼兰河大桥的光纤光栅智能检测技术.土木工程学报，2004，37(1)45-49[3]李惠，周文松，欧进萍.大型桥梁结构智能健康检测系统集成技术研究.土木工程学报，2006，39(2)46-52[4]顾明，项海帆.大跨桥梁的颤振及抖振控制.中国科学基金，1998，(3)129-132[5]Gu M，Chang C C，Wu W et al. Increase of flutter critical wind speed usingtuned mass dampers of long-span bridges.J.of Wind Eng.&Indust.Aerodyn.1998，73111-123. 项海帆，陈艾荣，顾明.调质阻尼器(TMD)对桥梁涡激共振的抑制.同济大学学报，1994，22(2)159-164[7]顾明，陈人，项海帆.用于杨浦大桥抖振控制的MTMD研究.振动工程学报，1998，11(11)1-8[8]Jianzhong Li；Mubiao Su；and Lichu Fan.Vibration Control of RailwayBridges under High-Speed Trains Using Multiple Tuned Mass Dampers. Journal ofbridge engineering，2005；10(3)312-320[9]C.C.Chang，M.ASCEl；M.Gu；and K.H.Tang.Tuned Mass Dampers forDual-Mode Buffeting Control of Bridges.Journal of bridge engineering，2003；8(4)237-240
权利要求
1.一种结构物的连续型振动控制方法，其特征是将一个长条质量块(1)及与之相连的且均匀分布的弹性减振部件连续布置在结构物(5)上，由此对结构物实施振动控制。
2.根据权利要求1所述的连续型振动控制方法，其特征是结构物(5)是指房屋建筑或桥梁。
3.一种连续型控制器，包括质量块(1)和与之相连的滚轮(2)或滚轴或叠层橡胶，其特征是采用一个质量块(1)，其侧部至少装有两个间隔均匀、交错分布的弹性减震部件，该弹性减震部件的另一端与结构物(5)相连；在质量块(1)的底部，至少安装两对滚轮(2)或滚轴或叠层橡胶，它们与结构物底面活动接触。
4.根据权利要求3所述的连续型控制器，其特征是所述的弹性减震部件是指弹簧(3)和阻尼(4)。
5.根据权利要求3所述的连续型控制器，其特征是所述控制器沿结构物(5)长方向连续布置；结构物(5)为房屋建筑和桥梁。
6.根据权利要求4所述的连续型控制器，其特征是其中所述的弹簧(3)和阻尼(4)，其与屋顶侧壁相连或与桥梁的箱梁内侧壁相连；所述的滚轮(2)或滚轴或叠层橡胶，它们与屋顶面活动相连。
7.根据权利要求4所述的连续型控制器，其特征是质量块(1)为长条状。
8.根据权利要求7所述的连续型控制器，其特征是质量块(1)为钢筋混凝土块、钢块、混凝土框与人工处理成型的土体的组合体。
全文摘要
本发明提供了一种结构物的连续型振动控制方法，具体是将一个长条质量块连接多个弹簧和阻尼连续布置在结构物(5)上，由此对结构物实施振动控制。本发明还提供了连续型振动控制器，其结构是采用一个质量块(1)，其侧部至少装有两个间隔均匀、交错分布的弹性减震部件，该弹性减震部件的另一端与结构物(5)相连；在质量块(1)的底部至少安装两对滚轮(2)或滚轴或叠层橡胶，它们与结构物底面活动接触。本发明比现有TMD、MTMD控制器振动控制范围更广、控制振型更多、整体性更好、工作协调性更好、效果更佳，能够最大限度地保护结构物。并且结构简单、使用可靠和应用前景好。
文档编号E04B1/98GK101024983SQ20071005171
公开日2007年8月29日 申请日期2007年3月22日 优先权日2007年3月22日
发明者徐家云, 付李宁, 汲军广, 周祥瑞, 佘乐卿, 许建军 申请人:武汉理工大学