Effectiveness of mass damper and composite mass damper for control of wind-excited vibration

Lewandowski, R.; Grzymisławska, J.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Effectiveness of mass damper and composite mass damper for control of wind-excited vibration

Autorzy

Lewandowski R. , Grzymisławska J.

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

Identyfikatory

Warianty tytułu

Efektywność masowych tłumików drgań stosowanych do redukcji drgań wywołanych działaniem wiatrem

Języki publikacji

Abstrakty

It is the purpose of this paper to study the effectiveness of the passive, active and semi-active versions of the conventional and composite tuned mass damper systems to reduce vibrations of building structures exposed to strong winds. The possibility of using the semi-active control system is of particular interest because the semi-active dampers have several attractive features such as simplicity, reliability and low power requirement. The parameters of the passive version of composite mass damper are determined in such a way that the ratio of vibration reduction of the main mass is approximately equal for both types of passive dampers. The LQR method and the Lyapunov method are used to determine the active and semi-active control forces. Several remarks concerning the effectiveness of considering dampers are formulated on the basis of extensive numerical simulations.

W pracy analizuje się efektywność tradycyjnych oraz tzw. złożonych masowych tłumików drgań używanych do redukcji drgań konstrukcji budowlanych wywołanych działaniem silnych wiatrów. Analizuje się efektywność tłumików traktowanych jako pasywne, aktywne i półaktywne eliminatory drgań. W szczególności rozważa się możliwość użycia układu półaktywnej regulacji, ponieważ tłumiki półaktywne posiadają kilka atrakcyjnych właściwości takich jak prostota, niezawodność oraz małe zapotrzebowanie na energię. Parametry pasywnego złożonego tłumika drgań są wyznaczane w ten sposób, że względna redukcja drgań masy głównej dla dwóch rozważanych typów tłumików pasywnych jest w przybliżeniu równa. Do wyznaczenia siły aktywnej i półaktywnej regulacji posłużono się metodami LQR oraz Lyapunova. Na podstawie wyników obszernych symulacji numerycznych sformułowano szereg uwag dotyczących efektywności rozważanych tłumików drgań.

Słowa kluczowe

structural dynamics passive active mass damper semi-active control

tłumik drgań tłumik masowy efektywność redukcja drgań wiatr silny konstrukcja budowlana obciążenie wiatrem regulacja półaktywna

Wydawca

Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej

Czasopismo

Archives of Civil Engineering

Rocznik

2005

Tom

Vol. 51, nr 4

Strony

485--513

Opis fizyczny

Bibliogr. 30 poz., il.

Twórcy

autor

Lewandowski R.

roman.lewandowski@put.poznan.pl

Poznań University of Technology, Institute of Structural Engineering, Poznań, Poland

autor

Grzymisławska J.

justyna.grzymislawska@put.poznan.pl

Poznań University of Technology, Institute of Structural Engineering, Poznań, Poland

Bibliografia

1. R. J. McNAMARA, Tuned mass dampers for buildings, Journal of the Structural Division Proc. ASCE, 103, 1785-1798, 1977.
2. J. C. H. CHANG, T. T. SOONG, Structural control using active tuned mass dampers, Journl of the Engineering Mechanics Division, Proc. ASCE, EM106, 1091-1098, 1980.
3. Y. L. Xu, K. C. S. KWOK, B. SAMALI,Control of wind-induced tall building vibration by tuned mass dampers, Joumal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 40, 1-32, 1992.
4. Y. FUJINO, M. ABE, Design formulas for tuned mass dampers based on a perturbation technique, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 22, 833-854, 1993.
5. C. C. CHANG, T. Y. YANG, Control of buildings using active tuned mass dampers, Journal of Engineering Mechanics, 121, 355-366, 1995.
6. Y. L. Xu, Parametric study of active mass dampers for wind-excited tall buildings, Engineering Structures, 18, 64-76, 1996.
7. C. H. LOH, C. H. CHAO, Effectiveness of active tuned mass damper and seismic isolation on vibration control of multi-storey building, Journal of Sound and Vibration, 193, 773-792, 1996.
8. L. E. MACKRIELL, K. C. S. KWOK, B. SAMALI, Critical mode control of a wind-loaded tall building using an active tuned mass damper, 19, 834-842, 1997.
9. R. RANA, T. T. SOONG, Parametric study and simplified design of tuned mass dampers, Engieneering Structures, 20, 193-204, 1998.
10. C. C. CHANG, Mass dampers and their optimal designs for building vibration control, Engineeering Structures, 21,454-463, 1999.
11. L NAGASHIMA, Optimal displacement feedback control law for active tuned mass damper, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 30, 1221-1242, 2001.
12. J. D. HOLMES, List of installations, Engineering Structures, 17, 676-677, 1995.
13. T. T. SOONG, Active structural control, theory and practice, Longman, England 1990.
14. A. FLAGA, J. MIEŁASZWILI, Konstrukcje sterowane w inżynierii lądowej, Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin 2001.
15. T. T. SOONG, G. F. DARGUSH, Passive energy dissipation systems in structural engineering, Wileys, Chichester 1999, USA.
16. H. CAO, A. M. REINHAM, T. T. SOONG, Design of an active mass damper Jor all TV tower Nanjing China, Engineering Structures, 20, 134-143, 1998.
17. M. YAMAMMATO, S. AIZAWA, M. HIGASHINO, K. TOYAMA, Practical applications of active mass damper with hydraulic actuator, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 30, 1967-1717.
18. N. NIWA, T. T. KOBAN, M. TAKAHASHI, H. MIDORIOKAWA, N. KURATA, T. MIZUNO, Dynamic loading test and simulation analysis of full-scale hydraulic damper for structural control, Earthquake Engineering and Structural Dynarnics, 29, 789-812, 2000.
19. G. B. WARBURTON, E. O. AYORDlNE, Optimum absorbers for simple systems, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 8, 197-217, 1980.
20. J. P. DEN HARTOG, Mechanical vibrations, 4th edn, McGraw-Hill, New York 1956.
21. E. SIMU, R. H. SCANLAN, Wind effects on structures, Wiley, New York 1986.
22. G. B. WARBURTON, Optimum absorber parameters for various combinations of response and excitation parameter, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 10, 381-401, 1982.
23. J. C. Wu, J. N. YANG, W. E. SCHMITENDORF, Reduced-order H∞ and LQR control for wind-excited tall buildings, Engineering Structures, 20, 222-236, 1998.
24. J. SUHARDJO, B. F. SPENCER, A. KAREM, Frequency domain control of wind-excited buildings, Journal of Engineering Mechanics, 118, 2463-2481, 1992.
25. L NISHIMURA, T. KOBORI, M. SAKAMOTO, T. YAMADA, N. KOSHlKA, K. SASAKI, S. OHRUI, Active passive composite tuned mass damper, Proc. of the Seminar on Seismic Isolation, Passive Energy Dissipation and Active Control, ATC-17-1, 737-748,1993.
26. L FUKUSHIMA, K. SASAKI, T. NISHlMURA, N. KOSHIKA, M. SAKAMOTO, T. KOBORI, Development and application of active-passive composite tuned mass damper to high-rise building, Proc. of the Pacific Conference on Earthquake Engineering, 267-276, Australia 1995.
27. N. YAN, C. M. WANG, T. BALENDRA, Composite mass dampers for vibration control of wind-excited towers, Joumal of Sound and Vibration, 213, 301-316, 1998.
28. R. LEWANDOWSKI, Application of semi-empirical model to analysis of vortex-excited vibrations of beams near synchronisation region, [in:] Computational Civil and Structural Engineering [eds. G.De Roeck and B.H.V. Topping], Civil-Comp Press, Edinburgh 2000, 133-141.
29. W. E. SCHMITENDORF, Designing tuned mass dampers via static output feedback: A numerical approach, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 29, 127-137, 2000.
30. L. MEIROVITCH, Dynamics and control of structures, Wiley, 1990.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BTB2-0025-0090