【摘要】：調(diào)諧液體阻尼器是一個被動吸收能量的,已經(jīng)成功應(yīng)用在高層建筑結(jié)構(gòu)的振動控制裝置。通常它由加水的水箱牢固地固定在建筑結(jié)構(gòu)上。在風(fēng)及地震荷載作用下,振動的建筑結(jié)構(gòu)物引起水箱內(nèi)水晃動,如果對晃動的頻率調(diào)諧,使其與主體結(jié)構(gòu)振動的一階模態(tài)的自振頻率相等,液體晃動的慣性力傳遞到結(jié)構(gòu)上,這個慣性力與結(jié)構(gòu)運(yùn)動方向相反,可以減小結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng),因此在結(jié)構(gòu)上增加了有效的阻尼。近幾十年來,對結(jié)構(gòu)和TLD系統(tǒng)在模擬風(fēng)荷載的窄帶激勵下的響應(yīng)進(jìn)行了研究。一種研究TLD行為的方法是用等效調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)替換TLD,并找到合理描述TLD特征的等效TMD模型對應(yīng)的質(zhì)量、剛度和阻尼比。由Navier-Stokes方程和淺水波動理論推導(dǎo)得到等效的TMD模型特性,是一種很好的描述TLD特性的方法。同時為了提高TLD的振動控制效率,可通過增加內(nèi)部阻尼裝置如格柵等以增加其固有阻尼,在本文研究中使用了板式格柵,因?yàn)樗哂性S多實(shí)際優(yōu)點(diǎn)。本文主要研究內(nèi)容如下:為研究高層建筑設(shè)置各類常用TLD系統(tǒng)的風(fēng)振控制效率,本論文選取了一高432米的超高層建筑為例,在對其進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)已獲取外部風(fēng)荷載時程的情況下,假設(shè)其頂部設(shè)置了各類常規(guī)TLD系統(tǒng),為此可用于比較各類常規(guī)TLD的風(fēng)振控制性能。首先根據(jù)Housner的集中質(zhì)量法簡化TLD模型,將液體簡化為質(zhì)量一彈簧一阻尼體系之后進(jìn)行求解。其次根據(jù)深水波動理論,推導(dǎo)了矩形深水TLD動液壓力公式,得到結(jié)構(gòu)-TLD體系的的運(yùn)動方程之后進(jìn)行求解,比較這兩種方法對結(jié)構(gòu)風(fēng)致位移和加速度響應(yīng)的減振控制效果。采用Yu對常規(guī)TLD系統(tǒng)考慮基底較大振幅時,水箱晃動位移較大而引起的非線性效應(yīng),得到具有NSD性質(zhì)的等效TMD模型所對應(yīng)的非線性剛度和非線性阻尼參數(shù)。然后利用該方法對廣州西塔進(jìn)行風(fēng)振控制計算,與采用集中質(zhì)量法和深水波動理論方法進(jìn)行數(shù)值計算的分析結(jié)果進(jìn)行了比較。對于在水箱內(nèi)部設(shè)置格柵來增加TLD系統(tǒng)的附加阻尼,建立了正弦和隨機(jī)激勵下基于能量耗散等效原則的等效線性和等效非線性TMD模型,得到其等效的質(zhì)量、剛度和阻尼比的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式,以及等效非線性模型中質(zhì)量、剛度和阻尼比隨振幅的變化關(guān)系。為了驗(yàn)證等效線性和非線性TMD模型的有效性,研究了在風(fēng)荷載激勵下,對西塔頂部安裝的TLD系統(tǒng)中有無格柵的兩類工況響應(yīng)進(jìn)行了對比分析比較,計算結(jié)果表明TLD中增加格柵后能有效加強(qiáng)其耗能作用,帶格柵TLD系統(tǒng)比普通TLD系統(tǒng)有更好的風(fēng)振控制效果。對廣州西塔頂部設(shè)置四個帶格柵TLD系統(tǒng),建立了四個帶格柵的TLD等效非線性TMD模型,得到其等效非線性TMD模型的質(zhì)量、剛度和阻尼比表達(dá)式,通過與單一格柵TLD和普通常規(guī)TLD的風(fēng)振控制效率做對比分析,驗(yàn)證了設(shè)置多個格柵TLD系統(tǒng)的風(fēng)振控制效率的有效性。
【圖文】：

a)主動控制 b)被動控制 c)混合控制 d) 半主動控制圖 1-1 不同控制系統(tǒng)的示意圖主動控制系統(tǒng)使用外部的能量源來減少結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)。在主動控制系統(tǒng)里，傳感器被用來記錄激勵和結(jié)構(gòu)的振動。如圖 1-1(a)所示，在測得的激勵或者振動的基礎(chǔ)上，控制器通過執(zhí)行裝置產(chǎn)生控制力到主體結(jié)構(gòu)上來阻礙結(jié)構(gòu)的運(yùn)動。主動控制系統(tǒng)需要外部的能量源來工作，在荷載作用期間，可能由于潛在的能量源故障而處于失效的風(fēng)險中。雖然主動控制系統(tǒng)的概念已經(jīng)在機(jī)械和電氣工程領(lǐng)域?qū)嵤┝撕荛L時間，但它在土木工程中的應(yīng)用在 20 世紀(jì) 60 年代初才開始。Soong 和 Housner 描述了各種主動控制系統(tǒng)的發(fā)展及其在土木工程中的應(yīng)用，目前研究開發(fā)的控制力型主動控制裝置[4]主要有：主動質(zhì)量阻尼系統(tǒng)、主動拉索系統(tǒng)、主動支撐系統(tǒng)、主動空氣動力擋風(fēng)板系統(tǒng)、氣體脈沖發(fā)生器系統(tǒng)等。如圖 1-1(b)所示，在被動控制系統(tǒng)[5]中，沒有作用力直接施加到次結(jié)構(gòu)上。被動控

圖 1-2 結(jié)構(gòu)-TLD 模型簡圖領(lǐng)域應(yīng)用中，最早的兩個 TMD 系統(tǒng)[19]分別于 1977 年和漢考克大廈和在紐約的花旗銀行中心。然后在澳大利亞的許多結(jié)構(gòu)中使用調(diào)諧質(zhì)量阻尼器以減少建筑結(jié)構(gòu)的振MD 來抵御風(fēng)振，如圖 1-3 所示。調(diào)諧質(zhì)量阻尼器安裝在囪上[20]，，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)響應(yīng)減少 30％到 50％。TMD 應(yīng)用已的情況非常有效。就其地震應(yīng)用而言，Villaverde 指出的有效性取決于結(jié)構(gòu)的類型以及地震激勵的特征。
【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】：2019
【分類號】：TU973

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2657742