【摘要】：近年來隨著建筑科學(xué)的發(fā)展與材料科學(xué)的進(jìn)步,高層建筑高度不斷突破,正朝著細(xì)長(zhǎng)化、小阻尼、材料輕質(zhì)高強(qiáng)的方向發(fā)展;高層建筑結(jié)構(gòu)的基階自振頻率愈加接近強(qiáng)風(fēng)的卓越頻率,對(duì)風(fēng)荷載極其敏感,在強(qiáng)風(fēng)荷載的作用下結(jié)構(gòu)的位移和加速度過大,在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,風(fēng)荷載往往成為設(shè)計(jì)的控制性因素。為了控制高層建筑在強(qiáng)風(fēng)荷載作用下動(dòng)力響應(yīng)過大的問題,本文研究將摩擦擺調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(FPSTMD)系統(tǒng)置于其頂部,通過理論分析和基于小型振動(dòng)臺(tái)的實(shí)時(shí)混合實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究手段,對(duì)頂部帶FPS-TMD系統(tǒng)的高層建筑風(fēng)振控制效率進(jìn)行綜合性研究,本文的主要工作包括如下幾個(gè)方面:建立和推導(dǎo)了頂部帶FPS-TMD系統(tǒng)的高層建筑在風(fēng)荷載作用下的動(dòng)力方程,同時(shí)采用狀態(tài)空間法求解該動(dòng)力方程,得到高層建筑在風(fēng)荷載作用下的位移和加速度表達(dá)式。以一76層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)風(fēng)振Benchmark模型為實(shí)例,采用諧波疊加法和準(zhǔn)定常假設(shè)模擬此建筑順風(fēng)向的脈動(dòng)風(fēng)荷載時(shí)程,橫風(fēng)向荷載時(shí)程可以使用已有的風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù),以數(shù)值模擬手段分析頂部帶FPS-TMD系統(tǒng)的此高層建筑結(jié)構(gòu)實(shí)例在各類工況下的風(fēng)振控制效率,分析了不同質(zhì)量比、FPS-TMD系統(tǒng)的滑道摩擦系數(shù)、主體結(jié)構(gòu)阻尼比等各種因素對(duì)FPS-TMD系統(tǒng)控制效率的影響。對(duì)采用實(shí)時(shí)混合實(shí)驗(yàn)對(duì)FPS-TMD控制系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)特征研究涉及到的物理模型建模、考慮模型縮尺效應(yīng)后各類物理量的相似比系數(shù)開展了相關(guān)研究。同時(shí)對(duì)本論文選用的基于小型電振動(dòng)臺(tái),對(duì)頂部帶FPS-TMD系統(tǒng)的高層建筑風(fēng)振響應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)混合試驗(yàn)的總體架構(gòu),實(shí)時(shí)分析軟硬件系統(tǒng)的組成,以及實(shí)施方案和步驟展開了詳細(xì)的討論。使用MATLAB/Simulink數(shù)值仿真工具,編寫了頂部帶FPS-TMD系統(tǒng)的高層建筑在風(fēng)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)實(shí)時(shí)分析程序。結(jié)合實(shí)時(shí)混合實(shí)驗(yàn)的要求,將MATLAB/Simulink程序編譯成實(shí)時(shí)混合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)dSPACE系統(tǒng)所需求的實(shí)時(shí)仿真分析程序。并將MATLAB/Simulink程序計(jì)算的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的結(jié)果與原有狀態(tài)空間法的數(shù)值模擬分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,以驗(yàn)證MATLAB/Simulink程序的正確性。在基于小型電振動(dòng)臺(tái)實(shí)時(shí)混合實(shí)驗(yàn)中,分別使用10年和50年重現(xiàn)期風(fēng)速對(duì)應(yīng)的風(fēng)荷載時(shí)程,主體結(jié)構(gòu)使用不同阻尼比,以及FPS-TMD系統(tǒng)的質(zhì)量與主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量的不同百分比;綜合研究了上述幾個(gè)因素對(duì)本計(jì)算實(shí)例進(jìn)行實(shí)時(shí)混合實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。通過提取實(shí)時(shí)混合實(shí)驗(yàn)得到的主體結(jié)構(gòu)頂部位移、速度和加速度數(shù)據(jù),并與前述采用數(shù)值模擬分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。理論模擬和實(shí)時(shí)混合實(shí)驗(yàn)對(duì)于本論文中的大部分工況下的風(fēng)振控制效率對(duì)比分析結(jié)果顯示:兩者得到的控制效率相接近,位移和加速度時(shí)程吻合度高。表明了本論文采用實(shí)時(shí)混合實(shí)驗(yàn),對(duì)頂部帶FPS-TMD系統(tǒng)的風(fēng)振控制效率評(píng)估的有效性。通過本文的理論分析和實(shí)時(shí)混合實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究手段,對(duì)高層建筑頂部帶FPSTMD系統(tǒng)的風(fēng)振控制效率進(jìn)行的綜合以上研究分析,說明實(shí)時(shí)混合實(shí)驗(yàn)以及數(shù)值模擬計(jì)算算法的正確性。同時(shí)本文研究的實(shí)時(shí)混合實(shí)驗(yàn)也為今后進(jìn)行風(fēng)振控制實(shí)驗(yàn)研究提供一種新思路、新方法,也有效地降低了此類被動(dòng)控制系統(tǒng)風(fēng)振控制效益評(píng)估的實(shí)驗(yàn)成本。
【圖文】：

（c）上海環(huán)球中心 （d）深圳平安國(guó)際金融中心圖 1.1 部分城市地標(biāo)建筑1.1 結(jié)構(gòu)風(fēng)致災(zāi)害概述`高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)具有高寬比大、細(xì)柔而輕質(zhì)等特點(diǎn)，，此類風(fēng)敏感性建筑風(fēng)荷載往往成為其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制性因素。風(fēng)荷載災(zāi)害造成的破壞也異常嚴(yán)重，特別是在臺(tái)風(fēng)肆掠的東南沿海地區(qū)，每年因臺(tái)風(fēng)造成的建筑結(jié)構(gòu)破壞遠(yuǎn)大于其他自然災(zāi)害造成的損害如 2018 年 9 月份肆虐廣東的“山竹”臺(tái)風(fēng)，曾使菲律賓 500 萬居民受到影響，“山竹”臺(tái)風(fēng)在廣東臺(tái)山登陸后，造成 5 �。▍^(qū)）的 1200 余間房屋倒塌，800 余間嚴(yán)重?fù)p壞，近3500 間一般損壞；直接經(jīng)濟(jì)損失近 52 億元。在強(qiáng)風(fēng)荷載作用下，高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的位移會(huì)使建筑結(jié)構(gòu)的安全性和使用性產(chǎn)生嚴(yán)重影響，產(chǎn)生的過大加速度，使位于頂部樓層的使用者產(chǎn)生不舒適感。在風(fēng)荷載的作用下，超高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)雖然還沒有發(fā)生被強(qiáng)風(fēng)吹倒的情況報(bào)道，

圖 1.3 常見的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器對(duì)主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生減振效果的機(jī)理為：主體結(jié)構(gòu)在受到風(fēng)發(fā)安裝在主體結(jié)構(gòu)中的 TMD 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，由于質(zhì)量塊的慣，質(zhì)量塊產(chǎn)生反向運(yùn)動(dòng)，從而控制系統(tǒng)對(duì)主體結(jié)構(gòu)施加阻尼器由于振動(dòng)而耗散能量。其具體作用機(jī)理如圖 1.4
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU973.213

【參考文獻(xiàn)】

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2 劉彥輝;譚平;周福霖;滕軍;閆維明;;廣州電視塔直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)質(zhì)量阻尼器動(dòng)力特性研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2015年04期

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1 李基敏;頂部帶雙向VFPS-TMD系統(tǒng)的高聳結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制效益分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];廣州大學(xué);2018年

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本文編號(hào)：2587972