可调摆动式TMD及其用于楼盖振动控制的研究

摘要

随着社会的发展，建筑物楼盖结构的跨度不断加大，而高强材料和新结构形式的采用使楼板厚度可以减小，加之建筑物使用功能及内部设施的变化，致使由人行走或其他活动等因素产生的楼盖振动所引起的舒适度问题日益突出，从而引起国内外的广泛关注。因此，研究如何控制楼盖振动这一问题具有较好的理论及工程实用意义。 国外近年有学者提出了一种新构造形式的TMD——摆动式调谐质量阻尼器(Pendulum Tuned Mass Dampers，简称PTMD)来解决楼盖振动这一问题。本文主要是结合我国工程特点和国外已有成果，对PTMD在构造上进行改进，提出一种可调摆动式TMD(Adjustable Pendulum Tuned Mass Damper，以下简称APTMD)，并用来控制由于人的正常活动引起的楼盖振动。本文以现代办公楼为工程背景，分析了现有的振动舒适度评价标准、楼盖振动的分析方法及目前几种行人荷载曲线的合理性；推导并验证了APTMD动力模型；设计APTMD的合理构造形式及最优参数；在此基础上利用SAP2000有限元软件分析对比APTMD在不同工况、不同外荷载频率、形式以及不同的APTMD改进方案、双调节作用下的减振效果和楼盖动力响应情况，并总结了外荷载频率、行人的活动状态和所处的位置对APTMD减振效果的影响情况。 通过理论和实际工程相结合的研究表明，APTMD可以对大跨度楼盖在人的行走激励下进行有效的振动控制，使楼盖的动力响应值大幅度的降低，满足了结构体系舒适度的要求，从而提高结构的适用性。这种减振装置除具有施工简单、节省工程造价、减振效果明显等优点外，还具有尺寸较小、便于安装和频率可调等优点，是一种控制楼盖振动的较好方法。通过进一步合理设计，APTMD能够很好的应用于实际工程。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2国内外的研究应用现状

1.2.1由人行导致的结构振动问题

1.2.2关于楼盖振动问题

1.2.3调谐质量阻尼器(TMD)的研究现状

1.2.4调谐质量阻尼器(TMD)-楼盖系统的研究现状

1.3课题背景及研究内容

第2章楼盖振动舒适度的评价标准及计算方法

2.1楼盖振动舒适度的主要评价标准

2.1.1 Reiher和Meister的研究(1931)

2.1.2修改后的Reiher和Meister准则(1961)

2.1.3 Wiss和Parmelee的设计准则(1974)

2.1.4 Murray的设计准则(1981)

2.1.5德国的VDI 2057(1986)

2.1.6加拿大CSA-S16(1989)

2.1.7国际标准化组织ISO2631(1989 and 1992)

2.1.8 Splittgerber准则(DIN4150)

2.1.9 BS6472(1992)

2.1.10Allen和Murray准则(1993)

2.1.11钢设计指南系列11(1997)和ATC设计指南(1999)

2.1.12中国《城市区域环境振动标准》(GB 10070-88)

2.1.13中国《混凝土结构设计规范》修编中间稿(2008年12月)

2.1.14小结

2.2楼盖振动的计算方法

2.2.1楼盖振动的分析方法

2.2.2行人激励荷载曲线的选取

2.2.3小结

第3章 可调摆动式TMD(APTMD)的构造

3.1摆动式TMD(PTMD)的构造及其简化动力模型

3.2可调摆动式TMD(APTMD)——对PTMD的改造

3.2.1弹簧位置在质量块覆盖范围内

3.2.2质量块仅覆盖弹簧以远的部分

3.3可调摆动式TMD动力模型正确性的验证

3.4小结

第4章 可调摆动式TMD的原理及其参数设计

4.1可调摆动式TMD的工作原理及与楼盖的耦联计算模型

4.2可调摆动式TMD的参数优化

4.2.1主结构无阻尼

4.2.2主结构有阻尼

4.2.3遗传算法用于可调摆动式TMD的参数优化

4.3可调摆动式TMD双调节作用对其动力特性的影响

4.3.1质量块覆盖范围的改变对可调摆动式TMD周期的影响

4.3.2弹簧位置的改变对可调摆动式TMD周期的影响

4.4小结

第5章 楼盖安装可调摆动式TMD的控振效果分析

5.1算例及有限元建模

5.2工况及行人激励荷载曲线的输入

5.3不同工况下装设减振装置的减振效果分析

5.3.1工况1安装减振装置前后的动力响应对比

5.3.2工况2安装减振装置前后的动力响应对比

5.3.3本节小结

5.4可调摆动式TMD的双调节作用

5.4.1工况1下楼盖质量增加可调摆动式TMD的双调节作用

5.4.2工况2下楼盖质量增加可调摆动式TMD的双调节作用

5.4.3本节小结

5.5改变激励荷载频率时减振装置的减振效果分析

5.5.1工况1下激励荷载不同频率时减振装置的减振效果

5.5.2工况2下激励荷载不同频率时减振装置的减振效果

5.5.3本节小结

第6章不同形式激励荷载作用时减振装置的减振果分析

6.1半正弦激励荷载作用时不同工况下的减振效果

6.1.1工况1安装减振装置前后的动力响应对比

6.1.2工况2安装减振装置前后的动力响应对比

6.1.3本节小结

6.2半正弦激励荷载作用下改变激励荷载频率时的减振效果

6.2.1工况1下激励荷载不同频率时的减振效果

6.2.2工况2下激励荷载不同频率时的减振效果

6.2.3本节小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致 谢