重庆某高层建筑脉动风荷载模拟及脉动风致响应的振动控制

摘要

本文中讨论的重庆某高层建筑的结构总高度288米，有必要进行高层建筑风致响应的计算和分析。 考虑到高层建筑的高度和其水平宽度差别比较大，可以只考虑结构的竖向相关性。将结构简化为竖向串联多自由度体系，将每一层简化为一集中质量点。 根据随机振动理论，采用Davenport风速谱模拟作用在建筑物上的风荷载。分别采用星谷胜方法和M．Shinozuka方法对顺风向脉动风荷载进行模拟，绘制出脉动风荷载时程曲线，并对两种理论模拟结果进行比较。除了顺风向激励，高层结构还受到横风向的激励，本文还计算了重庆某高层建筑横风向共振区，并求出了共振区横风向脉动风荷载值。 根据振型叠加法和随机振动理论，在频率内对重庆某高层建筑顺风向进行振动分析，运用最大加速度响应判别方法对人体舒适度进行验算。同时也对建筑横风向振动响应进行计算。分析结果表明，顺风向最大加速度值超出有关规定的限制，故需要对结构进行振动控制。横风向响应和顺风向相比非常小，所以振动控制和设计以顺风向振动分析为主。 本文运用主动控制的最优控制理论和下乡太郎提出的准最优控制理论对结构进行振动分析。首先建立有色噪声的成型滤波器，利用最优控制理论得到控制装置的最优控制力，然后根据准最优控制理论得到控制装置的准最优弹簧系数和准最优阻尼系数，并根据控制装置和主结构的质量比得到施加在主结构上的控制结构的质量。 利用威尔逊θ方法，将用M．Shinozuka方法得到的作用在结构上的顺风向脉动风荷载时程曲线样本对结构进行时域的振动控制分析，迭代计算出施加控制装置前后结构的位移和加速度时程曲线，并对得到的结果进行比对，速度和加速度分别减小50％和47.1％，减振效果显著。

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第一章 绪论

1.1结构振动控制方法

1.1.1被动控制

1.1.2主动控制

1.1.3半主动控制和混合控制

1.2结构振动控制在工程中的应用

1.3本文主要研究内容

第二章 重庆某高层建筑的风荷载模拟

2.1重庆某高层建筑的工程概况

2.2重庆某高层建筑竖向串联多自由度体系建模和动力特性计算

2.2.1竖向串连多自由度体系的建模

2.2.2动力特性的计算

2.3重庆某高层建筑顺风向平均风荷载

2.4重庆某高层建筑顺风向脉动风荷载

2.4.1脉动风压的功率谱密度函数

2.4.2顺风向脉动风荷载的模拟

2.4.3脉动风荷载时程样本的验证

2.5重庆某高层建筑横风向风荷载

2.6小结

第三章 重庆某高层建筑的频域振动和控制分析

3.1重庆某高层建筑频域振动分析

3.1.1顺风向振动分析

3.1.2人体舒适度验算

3.1.3横风向振动分析

3.2重庆某高层建筑频域振动控制分析

3.2.1主动控制的随机最优控制算法

3.2.2准最优控制理论

3.2.3控制结构的参数确定

3.3小结

第四章 重庆某高层建筑的时域振动和控制分析

4.1重庆某高层建筑的时程分析

4.2小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2有待研究的问题与展望

致谢

参考文献

附录

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果