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粘弹性阻尼器对超高层结构的风振控制

作　者: 李虎
导　师: 瞿伟廉
学　校: 武汉理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 粘弹性阻尼器(VED) 超高层结构 等效阻尼比 风振控制
分类号: TU973.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


随着科学技术的进步和城市建设中考虑节约用地的需要，高层和超高层结构越来越多的出现。水平风荷载是高层和超高层结构的主要设计荷载之一，它可造成工程结构的损伤和破坏，给人民生命财产带来重大损失。当结构在来流风的作用下，结构会产生顺风向静力响应和顺、横风向及扭转振动。本文仅提出适用于长宽比接近1的矩形高层建筑风荷载模型，这一风荷载模型建立在三维动力风荷载互不相关的基本假定上，顺风向动力风荷载由顺风向风紊流引起，横风向动力风荷主要由尾流激励引起，与尾流激励的贡献比较，横风向风紊流在横风向动力风荷载中所占比重很小，因而可以忽略。结构在风荷载的作用下发生扭转响应是因为结构的质量中心和刚度中心与气动荷载瞬时作用点不重合引起的，对于结构平面布置比较对称的结构，质心与刚心的偏移很小，故扭转响应很小，可以忽略。由于结构的刚度和舒适度的抗风设计要求常常很难用常规的设计方法去较合理地满足，因此，对这类超高层建筑的抗风设计采用振动控制的方法是十分必要的。本文在国内外有关研究成果的基础上，以一超高层结构为工程背景，利用ETABS结构分析软件，根据粘弹性阻尼器(VED)的工作原理和随机振动理论，研究了应用粘弹性阻尼器对超高层结构进行风振控制的方法。首先研究了结构的力学模型，建立了三维空间有限元模型，并由三维空间有限元模型缩聚形成了多自由度层间结构模型，并分别利用三维空间有限元模型和多自由度层间结构模型进行了结构的动力特性分析。本文通过严谨的数学推导，得出“力学不耦合”的超高层结构顺风向和尾流旋涡干扰引起的横风向振动随机响应公式，并编制了相关计算程序，深入研究了应用随机振动理论进行结构风振反应分析的方法。介绍了粘弹性阻尼器的工作原理，并在超高层结构中对VED进行优化设置，计算粘弹性阻尼结构的等效阻尼比，对受控结构进行风振反应分析。将控制结果与原结构的风振反应进行了直观的对比，并得出相应的结论。最后，对本文的研究工作进行了总结，给出了研究中的一些结论，并指出了在进一步研究中亟待解决的问题。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
第1章 绪论  9-17
  1.1 引言  9-10
  1.2 课题背景和研究意义  10-11
  1.3 结构的抗风设计要求  11-13
  1.4 用粘弹性阻尼器进行风振控制的研究现状  13-14
    1.4.1 国外研究状况  13-14
    1.4.2 国内研究状况  14
  1.5 当前存在的问题  14-16
  1.6 本文的主要工作  16-17
第2章 超高层结构的力学模型和动力特性分析  17-26
  2.1 引言  17-18
  2.2 国贸大厦的结构体系介绍  18
  2.3 三维空间有限元结构模型  18-20
    2.3.1 有限元建模  18-19
    2.3.2 模态分析  19-20
  2.4 多自由度层间结构模型  20-23
    2.4.1 基本假设  20-21
    2.4.2 简化模型的动力方程  21
    2.4.3 质量矩阵  21
    2.4.4 刚度矩阵  21-22
    2.4.5 阻尼矩阵  22-23
    2.4.6 简化模型的动力特性分析  23
  2.5 实例分析  23-25
  2.6 本章小结  25-26
第3章 超高层结构的随机风振响应分析  26-45
  3.1 引言  26-27
  3.2 结构上的随机风荷载的描述  27-36
    3.2.1 风速随高度的变化  28-29
    3.2.2 风的紊流性质  29
    3.2.3 旋涡脱落现象  29-31
    3.2.4 脉动风的概率特性  31-36
  3.3 风振随机响应分析方法  36-41
    3.3.1 基本假设  36
    3.3.2 超高层结构风振响应公式推导  36-41
  3.4 实例分析  41-44
  3.5 本章小结  44-45
第4章 粘弹性阻尼器对超高层结构的风振控制  45-62
  4.1 引言  45
  4.2 粘弹性阻尼器力学模型及工作原理  45-51
    4.2.1 粘弹性阻尼器的性能与特点  45-47
    4.2.2 影响粘弹性阻尼材料力学性能的因素  47
    4.2.3 粘弹性阻尼器的计算模型  47-50
    4.2.4 粘弹性阻尼器参数对结构振动控制的影响  50-51
  4.3 粘弹性阻尼器最优位置的选取  51-54
    4.3.1 以层间位移为控制函数  52
    4.3.2 以控制力为控制函数  52
    4.3.3 以层间位移和层位移为控制函数  52-53
    4.3.4 以层间位移和顶层位移为控制函数  53
    4.3.5 以振型为控制函数  53-54
  4.4 粘弹性阻尼器对超高层结构的风振控制  54-57
    4.4.1 粘弹性阻尼结构的运动方程  54-55
    4.4.2 计算受控结构的等效阻尼比  55-57
    4.4.3 受控结构的随机风振反应分析  57
  4.5 实例分析  57-61
  4.6 本章小结  61-62
第5章 结论与展望  62-64
  5.1 结论  62-63
  5.2 进一步研究的展望  63-64
参考文献  64-68
攻读硕士期间发表的论文及参与的科研项目  68-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 高层建筑 > 高层建筑结构 > 各种结构设计 > 抗风设计
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