基于调谐惯容阻尼器的基础隔震结构性能优化研究

基础隔震技术可以显著减小建筑上部结构的水平绝对加速度,但隔震层较大的水平位移往往制约着基础隔震结构的设计。调谐质量阻尼器可以减小隔震层的水平位移,但减震效果受其物理质量的影响。惯容是一种新型两节点单元,其质量效应可以比其物理质量大上百倍甚至数万倍。本文将调谐惯容阻尼器应用于基础隔震结构,从考虑结构阻尼与否对TMDI进行随机激励下的H2优化设计,并以常用800mm隔震支座为背景进行地震作用时程分析。研究结果表明,物理质量较小的调谐惯容阻尼器可以显著减小隔震层的水平位移和上部结构的水平绝对加速度。     

结构被动和主动多重调谐质量阻尼器控制策略的发展

广泛评述了被动多重调谐质量阻尼器(MTMD)的研究现状，提出了结构主动多重调谐质量阻尼器(AMTMD)和多重主被动调谐质量阻尼器(MAPTMD)的新控制策略，介绍了从AMTMD和MAPTMD的研究进展，并指出了进一步研究的发展方向。     

调谐质量阻尼器和调谐型颗粒阻尼器减震性能对比研究

基于5层钢框架模型,通过试验对比了在地震激励下调谐质量阻尼器和调谐型颗粒阻尼器的减震性能,并探究了频率失调等因素的影响。通过数值模拟实现了两种阻尼器的优化设计,以考察充分发挥其性能的工况下,两种阻尼器的减震效果以及阻尼器相对位移行程的对比。研究表明：在频率调谐时,调谐质量阻尼器和调谐型颗粒阻尼器均能显著降低主体结构位移和加速度响应,调谐型颗粒阻尼器的减震效果更好,具有一定的减震优势,并且调谐型颗粒阻尼器的相对位移行程更小、减震频带更宽;当两者均为最优设计时,减震效果相当,但是最优化调谐型颗粒阻尼器系统的阻尼器与主体结构之间的相对位移更小,可降低相对位移幅值24.5%,并且具有更好的鲁棒性。     

3栋典型超高层建筑气动荷载特性及风振控制措施

广州西塔(GWT)、深圳京基100(KK100)和天津高银117大楼(TJ117)是位于不同地域和外形特征不同的超高层建筑,其建筑高度分别为432.00、441.80 m和596.25 m,风荷载和居住者的舒适性是影响这3栋建筑结构设计的重要因素。采用模型的风洞试验方法分析对比这3栋超高层建筑的气动荷载特性,采用局部空气动力学措施(LAS)对其风振响应和风致荷载进行控制,并和采用调质阻尼器(TMD)方法的控制效果进行比较。结果表明：TJ117具有最佳的气动外形,GWT相比最差是由于其在敏感风向斯托罗哈数最高导致在100 a重现期风速处于涡激共振状态,从而使得采用LAS在GWT上的减振效果最好,且在控制风致荷载上LAS的控制效果甚至要略好于TMD方法,LAS对于GWT的10 a重现期加速度的控制在无干扰情况下可以接近TMD的控制效果,即使受到东塔干扰作用,其控制效果仍可达到TMD控制效果的40.5%,相比TMD实施所需的高成本,LAS是一种较为经济易行的方法。     

结构增强调谐质量阻尼器控制研究

提出了结构增强调谐质量阻尼器(ETMD)装置。新装置是在调谐质量阻尼器(TMD)的基础上,在质量块与地基之间设置一个附加粘滞阻尼器而构成。将ETMD最优参数的评价准则定义为:设置ETMD的结构均方根位移(解析式)的最小值的最小化。在频域内评价了附加阻尼对ETMD控制结构位移响应的最优参数、有效性和冲程的影响,并与TMD装置进行比较。数值结果表明,ETMD的振动冲程控制明显优于TMD。     

超高层建筑结构抗风性能研究

针对按规范公式计算得到的超高层建筑结构风致振动不尽合理的问题,以西安环球贸易中心超高层建筑为工程背景,首先通过风洞试验测得各楼层的风荷载,再利用ANSYS参数化设计语言编制了能够精确求解超高层建筑风振系数及等效静风荷载的程序,进而对超高层建筑的抗风性能进行研究。结果表明:当风向角接近90°时,结构中部出现了极值位移风振系数,且其迎风面顺风向的变形和内力都达到了最大值,横风向的变形和内力则最小;当风向角为20°~70°时,位移风振系数随着楼层的增高而增加,其峰值出现在顶层;随着风向角的变化,结构扭转加速度峰值在各区间都是先减小后增大,特别是风向角呈45°左右时,结构扭转变形和基底扭矩达到了最大值;提出的将风洞试验与有限元分析相结合的新方法可为同类工程的抗风设计提供参考。     

利用惯容黏滞阻尼器的高层连体结构消能减震设计

高层连体结构采用集中布置消能减震装置的消能减震方案存在耗能能力需求高、响应分布不均匀等问题。利用惯容黏滞阻尼器(VID)放大耗能能力的优势,提出基于VID的消能减震方案,以及考虑结构整体减震效果的消能减震设计方法。结合质点系模型和随机振动理论评价连体结构的地震响应,通过在连体结构连廊处集中布置VID控制结构响应,定义连体结构整体减震指标评价结构响应的控制效果。将设计方法应用于实际结构,分析表明,通过在连廊处集中布置VID,能合理有效地降低结构响应、改善响应分布; VID的控制效果受连廊位置的影响,本研究在几种连廊及VID的布置方案中比选出最优方案。     

结构主动多重调谐质量阻尼器(AMTMD)的控制策略

本文提出了一种新控制策略———主动多重调谐质量阻尼器 (AMTMD)。AMTMD控制系统频率呈线性分布。AMTMD中的MTMD保持相同的刚度和阻尼系数但质量变化。基于TMD的工作原理对AMTMD定义了主动控制力构成即保持相同的位移和速度反馈增益系数但变化加速度反馈增益系数。基于结构的广义振型模型 ,导出了设置AMTMD时结构的动力放大系数 (DMF) ,于是AMTMD的优化准则可定义为结构最大动力放大系数最小值的最小化 (Min Min Max DMF)。通过最优搜寻 ,研究了反映AMTMD有效性和鲁棒性的参数。这些参数包括 :频率间隔、平均阻尼比、调谐频率比、总数、质量比和标准化加速度反馈增益系数。为了比较 ,同时考虑了多重调谐质量阻尼器 (MTMD)和主动调谐质量阻尼器 (ATMD)。     

超高层建筑的风振响应及等效静风荷载研究

为避免中国现行《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）中所采用的风振系数仅考虑结构的1阶振型,而不考虑周围环境影响对体型不规则超高层建筑结构抗风设计造成的不合理性,采用风洞试验与风振动力响应计算分析相结合的方法,考虑结构不规则的影响以及相邻建筑的气动干扰和横风效应来获得超高层建筑结构抗风设计所需的顺风向和横风向的等效静风荷载和风致动力响应。结果表明：由于周围建筑的干扰,顺风向、横风向的风荷载规律与一般超高层建筑不同,其不利角度也与规范存在差异;所得结论为超高层建筑结构的抗风设计提供了依据和参考。     

Control of wind-induced vibration of long-span bridges and tall buildings

With the rapid increase in scales of structures, research on controlling wind-induced vibration of large-scale structures, such as long-span bridges and super-tall buildings, has been an issue of great concern. For wind-induced vibration of large-scale structures, vibration frequencies and damping modes vary with wind speed. Passive, semiactive, and active control strategies are developed to improve the wind-resistance performance of the structures in this paper. The multiple tuned mass damper (MTMD) system is applied to control vertical bending buffeting response. A new semiactive lever-type tuned mass damper (TMD) with an adjustable frequency is proposed to control vertical bending buffeting and torsional buffeting and flutter in the whole velocity range of bridge decks. A control strategy named sinusoidal reference strategy is developed for adaptive control of wind-induced vibration of super-tall buildings. Multiple degrees of freedom general building aeroelastic model with a square cross-section is tested in a wind tunnel. The results demonstrate that the proposed strategies can reduce vibration effectively, and can adapt to wind-induced vibration control of large-scale structures in the uncertain dynamic circumstance.     

新型悬吊式TMD及其在某标志塔风振控制中的应用

为了控制河南艺术中心标志塔的风致振动,提出了一种采用十字形万向铰轴实现多向振动控制、采用摩擦阻尼片提供附加阻尼、采用放射型弹簧提供附加刚度的新型悬吊式TMD。根据标志塔结构的动力特性,设计加工了足尺TMD,通过实验室试验对其动力性能进行了测试,并将该TMD安装在实际结构上,依据实测频率和阻尼对其参数进行了现场调整。研究表明,该TMD装置具有构造简单,稳定性和持久性好等优点。     

三管集束式钢烟囱风致响应与风振系数研究

为研究三管集束式钢烟囱风致响应与风振系数,以国内某在建180m高三管集束式钢烟囱为研究对象,通过同步刚体测压风洞试验,得到了不同风向角下三管集束式钢烟囱各排烟筒表面平均与脉动风压;采用有限单元法建立排烟筒-加劲环-工字梁一体化有限元模型,对不同风向角下三管集束式钢烟囱结构体系的风致响应进行完全瞬态时域动力分析,研究以径向位移、子午向轴力、环向弯矩和von Mises应力等4种响应作为响应目标的排烟筒一维、二维和三维响应风振系数分布特性及取值标准,给出了典型风向角下三管集束式钢烟囱分层及整体风振系数的取值建议。研究表明：基于4种响应目标的风振系数沿子午向和环向具有明显的二维分布特征,层风振系数随高度逐渐增大,整体风振系数建议取值为2.12。     

调频减振系统和黏滞阻尼系统在超高层结构中风振控制性能的对比研究

超高层建筑中常用的风振控制措施主要包括调频减振系统和黏滞阻尼系统.系统地阐述了两种方案的基本原理、工程适用性以及参数取值,并结合实际项目较为全面地对比了其抗风性能.虽然调频减振系统在建筑功能的适应度上和施工可实施性上都存在一定的不足,但作为结构风振控制措施仍不失为一种可取方案.黏滞阻尼系统不但可以提升结构在风荷载下的舒...     

中国华润大厦抗风减振设计研究

中国华润大厦建筑高度392.5m,结构体系采用钢结构密柱框架-核心筒的体系,由于圆形的平面和春笋的造型,大楼在10年一遇的风荷载下具有较为显著的动力响应。对结构进行了抗风的减振设计,采用黏滞阻尼器,并且对阻尼器的设置位置、结构形式、计算参数等进行了优化,取得了很好的减振效果。提出了对阻尼器及其连接的全程设计指标要求、技术性能要求,并进行试验测试和实施考虑等,保证阻尼器的安装和顺利工作。分析结果表明:设置了黏滞阻尼器之后大楼的振动加速度得到有效地控制,可以满足提高舒适度标准的设计要求。     

高层建筑的等效设计风荷载与风振响应研究

基于某典型高层建筑详细的风洞试验结果,计算分析了该结构的基础等效静风荷载及结构顶部峰值加速度响应,与前期的风洞试验结果相对比,评估了不同风洞试验条件和周边建筑对试验结果的影响,获得的结果可以用于此结构的抗风设计以及居住者舒适度评估。     

泉州中芸洲海景花园建筑群体的干扰效应研究

制作了缩尺比为1∶200的泉州中芸洲海景花园9栋高层建筑的刚性模型,在其外表面布置足够的测点进行了同步测压风洞试验。试验得到了该9栋高层建筑表面的平均风压系数和脉动风压系数。利用风洞试验得到的风荷载数据,研究了该9栋建筑的风致响应,包括位移和加速度响应。结果表明:左右或下游建筑的影响可能会增大上游建筑的背风面"吸力";泉州中芸洲海景花园9栋高层建筑相互干扰效应主要表现为"遮挡"效应,其顶部加速度响应均小于规范限值,能满足人体舒适度的相关要求。     

深圳京基金融中心横风向风振控制试验研究

在边界层风洞试验中应用气弹模型技术对深圳京基金融中心（KFT）进行风振控制试验,通过在KFT顶层设计安装悬臂式调谐质量阻尼器(TMD)对结构横风向风振响应进行控制,研究了不同TMD参数对控制效果的影响,并将试验结果和基于刚性模型的高频压力积分(HFPI)计算结果进行比较。结果表明：使用TMD能有效抑制KFT的风致振动响应,当TMD频率接近结构1阶自振频率时,减振效果最佳,且由于结构阻尼的存在,最佳TMD频率略小于结构自振频率;TMD阻尼比为3.86%和1.67%时,结构顶层加速度响应分别减小20%和15%,而TMD阻尼比不大于0.07%时则可能对结构风致振动响应的控制不起作用。     

脱排一体式钢塔设置TMD对减轻风致振动的 控制研究

为了减轻脱排一体式钢塔的风致振动,采用调谐质量阻尼器(TMD)控制装置,对其进行风振控制研究。利用ADINA有限元软件,进行脱排一体式钢塔的风洞数值模拟与时程分析,并对脱排一体式钢塔结构进行现场实测,现场实测结果与数值模拟结果误差在15%之内,验证了数值模拟方法的准确性。根据脱排一体式钢塔的结构特性,合理设计了TMD控制装置。进行风荷载作用下设置TMD的脱排一体式钢塔时程分析,结果表明,TMD控制装置可以增加脱排一体式钢塔的等效阻尼比,有效降低脱排一体式钢塔的整体位移、加速度响应与结构底部应力响应,但会增大结构上部与中部的应力响应。TMD与主体结构相对位移较小,可对TMD控制装置进行优化设计。