【摘要】：高聳結(jié)構(gòu)高寬比大、細柔而輕質(zhì)、阻尼較小,自身的固有頻率與強風(fēng)的卓越頻率相近,對風(fēng)荷載極其敏感,在風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)側(cè)移和加速度明顯增大,風(fēng)荷載成為控制其結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要荷載。為了防止高聳結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生過大的側(cè)移和加速度,提高結(jié)構(gòu)的安全和舒適度,本文將雙向變摩擦擺調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(雙向VFPS-TMD)系統(tǒng)置于高聳結(jié)構(gòu)頂部,來實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)進行風(fēng)振控制。同時為了使TMD系統(tǒng)的風(fēng)振控制性能達到最佳,本文利用自適應(yīng)遺傳算法對其參數(shù)進行最優(yōu)化分析。本文的主要研究內(nèi)容如下所示:建立和推導(dǎo)了頂部帶雙向VFPS-TMD系統(tǒng)的高聳結(jié)構(gòu),在風(fēng)荷載作用下的動力方程并給出了利用狀態(tài)空間法求解該動力方程的大致流程。在對廣州新電視塔三維有限元模型進行了簡化的基礎(chǔ)上,利用諧波疊加法和準定常假設(shè),結(jié)合風(fēng)洞試驗的研究成果,通過數(shù)值模擬的方法得到廣州新電視塔90度風(fēng)向角的順風(fēng)向風(fēng)荷載時程,驗證分析了頂部帶雙向VFPS-TMD系統(tǒng)的高聳結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制性能。在不同重現(xiàn)期風(fēng)荷載作用下,分析了主體結(jié)構(gòu)不同阻尼比、主體結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)不同質(zhì)量比、不同定摩擦系數(shù)以及不同摩擦模型下,雙向VFPS-TMD系統(tǒng)的風(fēng)振控制效益。分析結(jié)果表明,選用在通過經(jīng)驗選取的設(shè)計參數(shù)條件下,頂部帶雙向VFPS-TMD系統(tǒng)的廣州塔簡化模型,在100年重現(xiàn)期風(fēng)荷載作用下,其結(jié)構(gòu)頂層X、Y方向位移均方根減振效率最高分別可達45.6%、52.6%,在10年重現(xiàn)期風(fēng)荷載作用下,其結(jié)構(gòu)頂層X、Y方向加速度均方根減振效率最高分別可達41.6%、41.8%。通過雙向摩擦力滯回曲線圖和相同設(shè)計參數(shù)下的位移、加速度時程圖及統(tǒng)計結(jié)果進行對比,分析了定摩擦和變摩擦模型雙向FPS-TMD系統(tǒng)的耗能減振機理。通過以廣州新電視塔簡化模型頂部有無設(shè)置雙向VFPS-TMD系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)頂部風(fēng)致位移或風(fēng)致加速度均方根之比最小,作為風(fēng)振控制優(yōu)化設(shè)計的目標函數(shù)。采用自適應(yīng)遺傳算法,利用最優(yōu)保存策略、自適應(yīng)交叉和變異算子,采用自適應(yīng)罰函數(shù),對被控制系統(tǒng)的風(fēng)致層間位移約束、頂層風(fēng)致位移和頂層風(fēng)致加速度響應(yīng)約束條件進行處理,從而對雙向VFPS-TMD系統(tǒng)的滑道摩擦系數(shù)變化率(摩擦系數(shù))、滑道兩個方向的半徑這三個參數(shù),進行最優(yōu)化分析。并將優(yōu)化結(jié)果與基本遺傳算法的優(yōu)化結(jié)果相對比以驗證其正確性。同時研究了懲罰函數(shù)中位移約束條件和加速度約束條件懲罰力度不同時,對雙向VFPS-TMD系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計結(jié)果的影響。綜合分析表明,雙向VFPS-TMD系統(tǒng)可以有效地減少高聳結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的風(fēng)致振動響應(yīng)對其進行風(fēng)振控制,通過自適應(yīng)遺傳算法可以得到系統(tǒng)的最佳參數(shù),使系統(tǒng)的減振性能得到最大程度的發(fā)揮,與此同時雙向VFPS-TMD系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和自復(fù)位、自限位功能。因此,雙向VFPS-TMD系統(tǒng)確實為一種有效的被動減振裝置。
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU973.32
【圖文】：

材料的出現(xiàn)和施工工藝的迅速提升，各類造型新穎、獨特的建筑如雨現(xiàn)，地標的角逐也日益激烈起來，與此同時城市的面貌因此而發(fā)生了。標不斷被刷新時，各類高層、高聳建筑應(yīng)運而生，陸續(xù)被修建而充滿如圖 1-1 所示，有已經(jīng)完工高達 632 米的上海中心大廈、高達 600 米、高達 600 米的深圳平安金融中心和正在修建的高達 636 米的武漢綠刷新著建筑的高度，已經(jīng)或即將成為該城市的新地標。（a）上海中心大廈 （b）廣州新電視塔

1969 年 3 月，英國約克郡一高為 386 米的 Ernley Morr 鋼管電視桅桿倒塌；1985年，前聯(lián)邦德國 Bielsterin 一高 298 米的無線電視桅桿倒塌；1991 年，645 米高的波蘭華沙無線電天線桅桿倒塌；1996 年 9 月 9 日，強臺風(fēng) 莎莉 把湛江至茂名的 22 萬伏高壓輸電塔攔腰折斷。因此強風(fēng)荷載對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的極大破壞力，需引起高度重視。圖 1-2，為一些風(fēng)災(zāi)發(fā)生后的現(xiàn)場圖。高層、高聳建筑結(jié)構(gòu)高寬比大、細柔而輕質(zhì)為風(fēng)敏感性建筑，致使風(fēng)荷載成為其結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要控制因素。（a）被風(fēng)荷載破壞的塔架 （b）被風(fēng)荷載破壞的看臺

（a）TMD 控制系統(tǒng) （b）常見支撐式 TMD （c）臺北 101 擺式 TMD圖 1-4 各類 TMD 系統(tǒng)為使 TMD 系統(tǒng)更好的發(fā)揮減振效果，通常將其安裝在被控結(jié)構(gòu)位移相對較大的樓層或直接安置在頂層。它的減振機理是：當受控結(jié)構(gòu)受到外部激勵作用而產(chǎn)生振動時，帶動 TMD 系統(tǒng)一同運動從而產(chǎn)生一個慣性力反向作用于被控結(jié)構(gòu)上，調(diào)諧這個力讓其對被控結(jié)構(gòu)的振動產(chǎn)生抑制作用而減弱被控結(jié)構(gòu)的振動，同時 TMD 系統(tǒng)的阻尼元件亦會消耗能量，而達到振動控制的目的。TMD 系統(tǒng)的運動能夠耗散能量進行振動控制，主要是通過準確調(diào)頻[6]。它通過調(diào)整彈簧和阻尼元件的參數(shù)，使其頻率與被控結(jié)構(gòu)的固有頻率相對應(yīng)而進行調(diào)諧，對于高聳結(jié)構(gòu)，一般來說控制的是結(jié)構(gòu)的第一振型[7]，故此時被控結(jié)構(gòu)的固有頻率對應(yīng)為結(jié)構(gòu)的第一階頻率，通常將 TMD 系統(tǒng)的頻率調(diào)至接近此頻率時控制效果最好。TMD系統(tǒng)的質(zhì)量塊一般來說越重越好，但考慮到經(jīng)濟和空間問題，一般取結(jié)構(gòu)控制振型廣義質(zhì)量的 0.3%~5%，質(zhì)量塊可用鐵塊、鉛塊或者制冷系統(tǒng)，也可采用消防水箱此時稱作調(diào)諧液體阻尼器（Tuned Liquid Damper，簡稱 TLD），廣州新電視塔即采用 TLD 作為振動控制手段。如圖 1-5 所示，為廣州新電視塔采用的 TLD 系統(tǒng)。從上可以看出

【參考文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 吳本剛;格構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)基于線性與幾何非線性分析的抗風(fēng)優(yōu)化設(shè)計方法研究[D];廣州大學(xué);2016年

本文編號：2798391