【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑结构，尤其是减振技术，具体涉及一种针对冲击振动的半主动储能式tmd减振系统及其减振设计方法。
技术介绍
1、冲击作用一般是指因力、位移、速度和加速度等参量在某时刻急剧变化而对系统施加的瞬态荷载。冲击振动是指系统在受到瞬时冲击作用后，速度发生突变，从而产生振动的现象。在工程结构领域，冲击振动通常将对结构体系带来不同程度的危害，轻则使结构振动幅度过大，导致结构无法正常使用；重则造成某些构件损伤断裂、传力途径失效，甚至导致整体结构失效破坏。
2、工程结构可能承受的冲击荷载包括炮弹或煤气爆炸产生的冲击波，落石、山洪、泥石流、海啸等自然灾害对结构的冲击，强夯重锤的设备冲击、以及输电导线瞬时脱冰造成的冲击等等。一方面，以上这些冲击荷载可能对结构造成较为严重的损伤，在工程结构的全生命周期内，结构设计时若不考虑可能的冲击荷载将导致结构一旦承受冲击作用，必定发生严重的破坏并造成巨大的生命和财产损失；另一方面，由于冲击荷载一般作为偶然荷载，其出现的概率较低，若仅采用传统增大结构构件截面的思路来提高结构抵抗冲击荷载的能力，将造成结构的构件尺寸较大、结构造价较高而经济性较低。
3、目前，工程结构领域基本的振动控制技术可根据是否需要外部能量输入，大致归纳为以下三类：
4、1)主动控制技术：主动控制是指借助外部能量的输入，通过监测装置在结构受振动激励过程中，按预定的振动控制目标，对结构体系按照某种控制规律实时施加控制力，或按某种规律实时改变结构体系的动力特性，以此达到迅速衰减和抑制结构体系有害振动响应的
5、2)半主动控制技术：半主动控制是借助少许外部能量以调节控制装置，通过改变结构体系某部分的刚度或阻尼特性对整体结构实施反馈控制。半主动控制的反馈控制原理与主动控制相同；然而，它并不直接向受控结构体系持续输入机械能，控制装置一般为参数可调的被动装置。半主动控制有变刚度控制、变阻尼控制和变摩擦控制等多种形式。
6、3)被动控制技术：被动控制是一种不需要外部能量输入，在结构体系中设置某些控制装置以减小结构振动反应，或对结构自身的某些构件做构造上的处理以改变结构体系的动力特性。与主动控制及半主动控制相比，被动控制无需外部能源支持，控制体系不含信号采集与反馈控制系统。被动控制由于是无外加能源的控制，其控制力是控制装置随结构一起振动变形，因装置自身的运动而被动产生的。
7、现有工程结构振动控制技术已经多年的发展历史，然而对冲击荷载引起的振动控制问题，当前实际工程中尚未出现技术成熟并可广泛应用的冲击振动控制方法及相应的控制装置。
8、以上问题的技术瓶颈与制约主要表现在：
9、(1)一般情况下，冲击荷载的能量巨大，因此主动控制系统需要借助的外部巨大的能量以抑制整体结构的振动。而主动控制系统的外部能源供应的功率通常是有限的，无法在短时间内为主动控制系统提供较大的控制反力，因此无法达到减小冲击振动的控制效果。
10、(2)可靠性方面，主动控制控制技术需要外部巨大、持续的能源支持，而冲击荷载一般属于极端情况的结构荷载，在冲击荷载作用的情况下主动控制系统的能源供应失效的概率极大。一旦能源供应中断则控制策略失效，存在结构失效的隐患。
11、(3)成本方面，采用主动控制系统往往造价高昂，该系统需由能源供应系统、监测系统、反馈伺服加载系统等多个子系统构成。单个子系统正常工作的保证率较低，导致整体主动控系统的可靠性较低。
12、(4)被动控制系统通过在结构体系中设置被动耗能装置或者被动减振装置对结构体系进行振动控制，这些被动耗能装置或被动减振装置在瞬时冲击作用下尚未进入工作状态，因此对结构的瞬时冲击振动的调节能力有限。
13、(5)传统的半主动控制系统由于仅借助少许外部能量以调节控制装置，因外部输入的能量较小，无法在极短的时间内为主体结构提供有效的控制反馈，所以无法达到减小冲击振动的控制效果。
14、(6)传统的半主动控制系统一般是通过改变结构体系某部分的刚度或阻尼特性对整体结构实施反馈控制，这一过程比较缓慢，在冲击荷载作用下，结构的刚度和阻尼特性还来不及改变，因此无法达到较好的冲击减振效果。
15、因此，提出一种高效的减振方法并据此采取针对性的减振措施来降低冲击荷载对结构的不利影响，具有十分重要的意义。
技术实现思路
1、鉴于现有技术的不足，本专利技术提供了一种针对冲击振动的半主动储能式tmd减振系统及其减振设计方法，以降低冲击荷载对结构的不利影响，提高冲击减振效率。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、本专利技术首先提供一种针对冲击振动的半主动储能式tmd减振系统，所述半主动储能式tmd减振系统由主系统和减振副系统两个系统组成，其中：所述主系统为需要进行减振的主体结构，由主体结构质量单元m1、主体结构弹簧单元k1、主体结构阻尼单元c1组成，主体结构承受外部冲击荷载p(t)的作用，主体结构在t时刻下的位移为x1(t)；所述减振副系统为半主动储能式tmd减振系统，由半主动储能式减振弹簧单元kc(t)、tmd质量单元m2、tmd弹簧单元k2、tmd阻尼单元c2组成，减振副系统在t时刻下的位移为x2(t)；并且所述主系统与减振副系统通过所述半主动储能式减振弹簧单元kc(t)、tmd弹簧单元k2、tmd阻尼单元c2串联连接。
4、本专利技术进一步提供一种半主动储能式tmd减振系统的减振设计方法，包括如下步骤：1)对冲击荷载的类型进行简化；2)进行冲击荷载减振计算条件假定；3)设定所述减振副系统的减振关键参数；4)基于系统能量和动量守恒定律，分析系统的动能、势能、阻尼耗能以及外界输入能量，列出能量平衡方程，基于能量平衡方程求解主系统和减振副系统各自的振动速度之比(即速度减振比率)；5)对主体结构在冲击荷载作用下的动力特性进行分析，基于双自由度系统动力学平衡方程，求解得到主系统和减振副系统各自的振动幅值之比(即位移减振比率)；6)判定系统振动速度之比和振动幅值之比是否满足目标减振效果，若不满足，则调整所述减振副系统的减振关键参数，并重新进行减振分析，若满足，则减振设计完成。
5、本专利技术相对于现有技术的有益效果是：本专利技术提供的针对冲击振动的半主动储能式tmd减振系统及其减振设计方法，能够降低冲击荷载对结构的不利影响，提高冲击减振效率。具体而言，至少能够带来如下有益效果：
6、1、本专利技术提出的减振系统自身具有储能单元，避免了传统主动控制技术需要外界大量能量输入的问题，通过释放储能单元储存在系统内部的能量减小外部荷载对结构的冲击作用，冲击减振效率更高。
7、2、本专利技术提出的减振系统仅有一个控制参数，即能量释放单元的开/关，控制器设计简单可靠，有效避免了传统主动控制技术因控制参数较多而降本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种针对冲击振动的半主动储能式TMD减振系统，其特征在于，所述半主动储能式TMD减振系统由主系统和减振副系统两个系统组成，其中：
2.根据权利要求1所述的半主动储能式TMD减振系统，其特征在于，所述主体结构为150m级以上大跨度索结构或输电导线结构。
3.根据权利要求1所述的半主动储能式TMD减振系统，其特征在于，所述减振副系统与主系统的质量之比m2/m1的取值范围为0.01～0.20。
4.一种根据权利要求1至3任一项所述半主动储能式TMD减振系统的减振设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的减振设计方法，其特征在于，步骤1)中，将冲击荷载等效简化为矩形冲击荷载、半正弦冲击荷载、三角形冲击荷载三种形式。
6.根据权利要求4所述的减振设计方法，其特征在于，步骤2)中，计算条件假定包括：
7.根据权利要求4所述的减振设计方法，其特征在于，步骤3)中，所述减振副系统的减振关键参数包括半主动储能式减振弹簧单元kc(t)、TMD质量单元m2、TMD弹簧单元k2、TMD阻尼单元c2。
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1.一种针对冲击振动的半主动储能式tmd减振系统，其特征在于，所述半主动储能式tmd减振系统由主系统和减振副系统两个系统组成，其中：
2.根据权利要求1所述的半主动储能式tmd减振系统，其特征在于，所述主体结构为150m级以上大跨度索结构或输电导线结构。
3.根据权利要求1所述的半主动储能式tmd减振系统，其特征在于，所述减振副系统与主系统的质量之比m2/m1的取值范围为0.01～0.20。
4.一种根据权利要求1至3任一项所述半主动储能式tmd减振系统的减振设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的...
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