不同阻尼体系的大跨屋盖结构风振控制研究及MTMD阻尼体系的优化

摘要

近年来，随着国内经济实力的增强和社会发展的需要，大跨空间结构在我国得到迅速发展，且跨度越来越大。由于大跨空间结构具有质量轻、阻尼小、柔性大、自振频率低等特点，因而对风荷载的作用很敏感。在风荷载的作用下，结构会产生较大的变形，严重降低结构的安全性和舒适性。为抑制结构的动力响应，学者们提出在结构适当位置处安装控制装置的概念。目前，高层建筑在风荷载作用下的振动控制研究已取得丰硕成果，并有大量的工程应用实例。然而，国内外学者对大跨空间结构的风振控制研究相对较少，因此有必要开展大跨空间结构的风振控制研究。
　　本文在以往研究的基础上，以大跨拱支网壳屋盖结构模型作为研究对象，利用ABAQUS有限元软件分别进行不同阻尼体系的三维风振控制研究，并对MTMD阻尼体系进行优化设计。主要完成了以下工作:
　　1、基于线性滤波法AR模型，编制适用于大跨屋盖结构的MATLAB语言计算程序，模拟具有空间相关性的多点三维脉动风速时程。模拟结果表明:数值模拟获得的功率谱密度函数与目标功率谱吻合较好，且计算速度快。
　　2、研究大跨拱支网壳结构的动力特性及风振时程响应。计算表明:结构表面全部为负压，结构自振频率密集，不同阶振型频率相差小;同时结构以竖向振动为主，其他两个方向响应较小，且各点的竖向平衡位移均为正值。
　　3、研究大跨屋盖结构的不同阻尼体系的风振控制作用。计算表明:TMD阻尼体系的风振控制效果较差，而粘滞阻尼器体系和MTMD阻尼体系均属于优秀的风振被动控制系统，均能有效降低风荷载作用下的结构动力响应，二者在具体性能上各具优势。
　　4、对大跨屋盖结构MTMD阻尼体系进行优化设计。计算表明:该阻尼体系的质量比、中心频率比、频带宽度、阻尼比等参数的变化都会影响其减振效果;增大质量比和阻尼比并不能使结构的风振控制效果达到最佳;频带宽度的变化对结构的减振效果影响不大，但适当增大频带宽度，可以增强控制系统的鲁棒性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 大跨空间结构的发展

1．1．2 风荷载对结构的影响

1．2 结构风振响应计算方法

1．2．1 频域分析法

1．2．2 时域分析法

1．3 结构风振控制

1．3．1 结构振动控制的概念

1．3．2 被动控制装置介绍

1．3．3 大跨屋盖结构风振控制研究现状

1．4 本论文的主要研究内容

1．4．1 本文研究目的及意义

1．4．2 本文的主要内容

第二章 风荷载基本原理及脉动风速的模拟

2．1 风荷载的基本概念

2．1．1 风荷载概述

2．1．2 大跨空间结构风荷载的研究方法

2．2 风振响应分析基本理论

2．2．1 风速与风压的关系

2．2．2 结构动力时程响应分析

2．3 基于AR法模拟脉动风荷载

2．3．1 脉动风场假定

2．3．2 AR模型的计算过程

2．3．3 风荷载时程模拟流程图

第三章 大跨屋盖结构的风振响应分析

3．1 有限元模型的建立

3．1．1 结构分析模型

3．1．2 有限元分析软件ABAQUS

3．1．3 建筑模型

3．2 拱支网壳的动力特性分析

3．3 三维风荷载

3．3．1 风荷载体型系数

3．3．2 随机风场模拟

3．4 风振响应时程分析

3．4．1 节点位移响应

3．4．2 节点加速度响应

3．5 本章小结

第四章 不同阻尼体系风振响应控制分析

4．1 粘滞阻尼器(VFD)

4．1．1 粘滞阻尼器的构造

4．1．2 粘滞阻尼器模拟

4．1．3 粘滞阻尼器的特性

4．2 TMD和MTMD振动控制原理

4．2．1 TMD振动控制原理

4．2．2 MTMD振动控制原理

4．3 不同阻尼体系的参数设置

4．3．1 粘滞阻尼器参数设置

4．3．2 MTMD布置位置及各项参数设置

4．4 结构风振控制分析

4．4．1 节点位移控制效果

4．4．2 节点加速度控制效果

4．5 本章小结

第五章 MTMD阻尼体系的优化设计

5．1 优化设计方法概述

5．2 质量比优化

5．2．1 质量比优化概述

5．2．2 质量比优化结果

5．3 中心频率比

5．3．1 中心频率比优化概述

5．3．2 中心频率比优化结果

5．4 频带宽度优化

5．4．1 频带宽度优化概述

5．4．2 频带宽度优化结果

5．5 阻尼比优化

5．5．1 阻尼比优化概述

5．5．2 阻尼比优化结果

5．6 本章小结

第六章 论文总结与展望

6．1 论文总结

6．2 展望

参考文献

致谢

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