運用TMD的巨型框架結(jié)構(gòu)被動減震控制.pdf

1、巨型框架結(jié)構(gòu)由幾個大型結(jié)構(gòu)單元所組成的主結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)單元組成的次結(jié)構(gòu)共同工作，形成具有更大的整體穩(wěn)定性和更高效能的高層建筑結(jié)構(gòu)體系。巨型框架結(jié)構(gòu)體系不但能保證結(jié)構(gòu)的整體性和剛度，減少材料用量，充分發(fā)揮材料和結(jié)構(gòu)的性能，簡化構(gòu)造，降低造價，也使得建筑設(shè)計的靈活性成為新的可能。 隨著巨型框架結(jié)構(gòu)高度和體量的增加，其所承受的風(fēng)荷載和水平地震作用必然增大，因此在建筑物中考慮減震控制措施是對未來高層，超高層巨型框架結(jié)構(gòu)發(fā)展的必然要求。實

2、踐證明，TMD系統(tǒng)對于高聳建筑物抗風(fēng)振控制是行之有效的；但是與風(fēng)振相比，結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)控制要復(fù)雜的多，有必要做進(jìn)一步的研究。 本文在進(jìn)行巨型結(jié)構(gòu)初始設(shè)計方案（未采取任何減震措施）的基礎(chǔ)上，設(shè)置TMD子系統(tǒng)，應(yīng)用TMD系統(tǒng)控制原理，合理調(diào)節(jié)和匹配系統(tǒng)的剛度、阻尼及質(zhì)量系統(tǒng)，利用子系統(tǒng)和主框架的動力相互作用，研究結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制的可行性及其控制效果，主要研究內(nèi)容如下： (1) 對建筑結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析方法進(jìn)行歸納總結(jié)，為抗震巨

3、型框架結(jié)構(gòu)和減震巨型框架結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)特性分析提供理論基礎(chǔ)。在過去幾十年中結(jié)構(gòu)抗震理論的發(fā)展，大體上可以劃分為靜力、反應(yīng)譜和動力三個階段。而時程分析法是動力理論的實用方法，本文在地震反應(yīng)時程分析中，選用SAP2000 有限元計算軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)動力分析。 (2) 形成了結(jié)構(gòu)初始方案，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動力特性分析，進(jìn)行了常規(guī)設(shè)計抗震分析，研究多維地震動輸入下未施加TMD子系統(tǒng)的巨型結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)特性，作為控制效果的標(biāo)準(zhǔn)。 (3

4、) 針對抗震巨型框架結(jié)構(gòu)開展被動TMD減震控制優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)行TMD參數(shù)優(yōu)選，尋求最優(yōu)減震效果及最優(yōu)剛度、阻尼配置。為了避免TMD系統(tǒng)對較調(diào)諧振型低階的結(jié)構(gòu)振型的振型放大影響，且結(jié)構(gòu)反應(yīng)以一階反應(yīng)為主，所以TMD系統(tǒng)控制一階X方向振型。且TMD的最佳位置在受控振型向量中元素絕對值最大者對應(yīng)的質(zhì)點處，即TMD系統(tǒng)應(yīng)置于結(jié)構(gòu)頂層。TMD與主體結(jié)構(gòu)的模態(tài)質(zhì)量比一般取在0.005～0.02之間，本文取上限0.02，TMD質(zhì)量塊重655KN。且由公

5、式推導(dǎo)后可得最佳參數(shù)、的取值，從而可求出TMD系統(tǒng)的最佳頻率2.49和最佳阻尼比0.07。 (4) 確定結(jié)構(gòu)受控模態(tài)后，建立結(jié)構(gòu)—TMD系統(tǒng)有限元模型，進(jìn)行了減震巨型框架結(jié)構(gòu)時程分析。計算抗震巨型框架結(jié)構(gòu)與減震巨型框架結(jié)構(gòu)的對比減震控制效率。抗震巨型框架結(jié)構(gòu)頂層位移峰值為29.47mm，減震巨型框架結(jié)構(gòu)頂層位移峰值為14.6mm，降低幅度為50.46％，同時可以看出，與抗震巨型框架結(jié)構(gòu)相比減震巨型框架結(jié)構(gòu)位移反應(yīng)有所延遲。抗震