地震作用下分布式多重調(diào)諧質(zhì)量阻尼器振動(dòng)控制研究.pdf

1、土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的研究和應(yīng)用至今已經(jīng)有將近50年的歷史了，其中控制的研究和實(shí)際運(yùn)用大體上可以劃分為三個(gè)領(lǐng)域:基礎(chǔ)隔震、被動(dòng)耗能減振和主動(dòng)、半主動(dòng)和智能控制。近些年，伴隨著我國(guó)的建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，高層建筑以及超高層建筑在全國(guó)以及世界范圍內(nèi)拔地而起，并且成為各個(gè)城市的地標(biāo)。與此同時(shí)，全球板塊正處于地震高發(fā)期，可以看出結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的研究?jī)r(jià)值與前景依然樂觀?？紤]到主動(dòng)、半主動(dòng)和智能控制等控制方法需要實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)構(gòu)的反應(yīng)或者環(huán)境干擾，其控制算

2、法需要在精確的結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上運(yùn)算或者決策最優(yōu)控制力又或是需要在結(jié)構(gòu)上安裝能輸出很大外部能量的作動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)控制等因素，在一般實(shí)際工程中較難實(shí)施。而本文研究的被動(dòng)控制系統(tǒng)不需要任何外部能量的輸入就能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制，并且阻尼器種類豐富，在控制結(jié)構(gòu)振動(dòng)上都有各自的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程運(yùn)用上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。本文著重研究被動(dòng)耗能減振中的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的減振方法，通過在結(jié)構(gòu)上設(shè)置根據(jù)模態(tài)分析結(jié)果沿結(jié)構(gòu)高度方向布置的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件一調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(DMTM

3、D)來改變結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率，將其調(diào)整至主結(jié)構(gòu)頻率附近，改變結(jié)構(gòu)共振特性，實(shí)現(xiàn)地震作用下高層建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制。
　　文章采用國(guó)際結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的公共平臺(tái)Benchmark模型，使用有限元分析軟件ANSYS對(duì)第3階段20層非線性鋼框架抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模，通過模態(tài)分析結(jié)果驗(yàn)證了模型的正確性。根據(jù)模態(tài)分析結(jié)果本文開展了如下研究工作:
　　(1)介紹了Benchmark有限元模型建模的主要步驟，并且給出了根據(jù)結(jié)構(gòu)自振頻率沿結(jié)構(gòu)高度方向

4、逐個(gè)安裝的多重調(diào)諧質(zhì)量阻尼器-DMTMD的設(shè)計(jì)原理與方法。
　　(2)對(duì)單個(gè)的集中質(zhì)量阻尼器-STMD，分散于頂層均勻布置的多調(diào)諧質(zhì)量阻尼器-MTMD以及根據(jù)結(jié)構(gòu)自振頻率沿結(jié)構(gòu)高度方向逐個(gè)安裝的多重調(diào)諧質(zhì)量阻尼器-DMTMD在三種處理后的場(chǎng)地地震波下以控制指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，比較這三種控制策略的控振效果。以及對(duì)兩種不同的DMTMD設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了介紹，給出這兩種DMTMD設(shè)計(jì)方法下振動(dòng)控制效果的對(duì)比。
　　(3)對(duì)DMTMD進(jìn)行單因素

5、以及多因素魯棒性分析。并且與單個(gè)的集中質(zhì)量阻尼器-STMD，頂層分散布置的多重調(diào)諧質(zhì)量阻尼器-MTMD的魯棒性進(jìn)行縱向?qū)Ρ取?br>　　計(jì)算結(jié)果顯示這三種TMD布置方案均具有一定的減震效果，其中按照控制阻尼器質(zhì)量原則設(shè)計(jì)并根據(jù)結(jié)構(gòu)自振頻率沿結(jié)構(gòu)高度方向逐個(gè)安裝的多重調(diào)諧質(zhì)量阻尼器-MTMDS控制效果最優(yōu)，魯棒性強(qiáng)。在減小結(jié)構(gòu)頂層最大位移和最大加速度上效果穩(wěn)定，在減小結(jié)構(gòu)底層最大剪力上有著突出的優(yōu)勢(shì)，能夠有效避免結(jié)構(gòu)構(gòu)件例如混凝土墻、柱等