顶部带FPS-TMD系统高层建筑等效结构动力特征的综合分析

发布时间：2020-08-07 03:16

【摘要】：“经济基础决定上层建筑,上层建筑反作用于经济基础”,如果单从字面上狭义的理解,资本论的这句话阐述了经济基础和上层建筑之间的关系,随着经济的快速发展,建筑的高度不断被刷新,超高层建筑如雨后春笋般冒出,成为各地的标志性建筑,也承担着一个城市的政治、经济、文化的核心。这些超高层建筑具有高、细、柔的特点,风荷载已成为此类建筑结构设计的控制荷载。本文将消能减振中常用的摩擦摆系统和调谐质量阻尼器系统有机结合,形成新型的摩擦摆调谐质量阻尼器(FPS-TMD)被动控制系统,用能量法,等效线性化和自适应基因遗传相结合的方法计算FPS-TMD系统的等效阻尼比和等效刚度。另一方面考虑将FPS-TMD系统置于高层建筑顶部,用功率流算法分析得到高层建筑顶部带有FPS-TMD系统的总有效阻尼比。主要研究内容如下:研究了摩擦摆调谐质量阻尼器系统的力学特性和动态特性,并推导了部分计算公式。介绍了单向定摩擦库伦模型、单向速度变摩擦库伦模型、单向位移变摩擦库伦模型、单向变摩擦粘塑性模型等四种不同摩擦模型。从能量的角度出发,通过FPS-TMD系统在运动过程中等效粘性阻尼力消耗的能量与FPS-TMD系统在水平方向上的恢复力做功消耗的能量相同的原则,推导计算FPS-TMD系统的等效阻尼比。并运用能量法在四种不同摩擦模型情况下,FPS-TMD系统底部分别承受简谐荷载和不同重现期的随机风荷载激励时,研究不同外加荷载振幅、荷载圆频率、摩擦模型、摩擦系数等因素对FPS-TMD系统等效阻尼比的影响。推导了FPS-TMD系统动力平衡方程的振动响应求解方法,并对本文用到的改进自适应基因遗传算法进行了详细的介绍。选用能量法评估FPS-TMD系统等效阻尼比的相同分析工况,运用等效线性化和改进的自适应基因遗传算法相结合的方法,对FPS-TMD系统总有效阻尼比进行了详细分析,并同时与采用能量法分析的结果进行了对比。以一76层钢筋混凝土结构风振控制Benchmark模型为实例,假设其顶部设置FPS-TMD控制系统,用功率流法,分析研究了当顶部FPS-TMD系统采用不同摩擦模型来模拟,在不同重现期设计风速作用下,结构风振控制Benchmark模型的总有效阻尼比。并与相同荷载激励下用能量法、等效线性化分析得到的其中FPS-TMD系统等效阻尼比进行了对比分析。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU973
【图文】：

标志性建筑,飓风

(c) 平安国际金融大厦 (d) 广州新电视塔图 1-1 各地标志性建筑代表1.1 风致灾害概述1703 年 11 月 26 日，一场巨大的风暴袭击了英国南部地区，造成 8000 多人死亡。737 年，印度“加尔各答”飓风导致 30 万人死亡。1900 年 9 月，美国“加尔维斯顿”风是美国历史上危害最大的飓风，造成 6000 多人死亡。1970 年 11 月 12 日，孟加拉飓风时速高达 240km，超过 30 万人丧生，成为 20 世纪以来最严重的飓风灾难。1991 4 月 29 日，孟加拉国沿海发生飓风及海啸，灾难中死亡人数 13.8 万。2005 年，“卡里娜”飓风导致防洪堤决堤，洪水淹没了 80％的新奥尔良，经济损失达 1000 亿美元。台风是我们国家频繁发生的头号风灾，损失最大、影响最广。东南沿海、华南、海、广西、山东、天津、辽宁等地区也常受灾。2018 年 9 月 16 日，超强台风“山竹”创亚洲，据外媒体报道，本次台风带来了暴雨和时速最高达 305 公里的强风，并引发

风灾,现场图

“山竹”登录的时候，有一栋高层建筑就在强风中不断地摇晃，给人产生严重的不舒适感。我国现行的《建筑结构荷载规范 GB5009-2012》[1]对结构风振加速度提出明确要求，不得大于表 1-2 中的限值。表 1-2 结构顶层风振加速度限值使用功能lima （m/s2）住宅，公寓 0.15办公，旅馆 0.25相对地震作用，风的作用时间更长，时长可能持续达几个小时，其会随时间反复作用在结构上，极有可能造成结构的疲劳损伤破坏、结构开裂、产生较大的残余变形等，造成外墙装饰受损，甚至房屋倒塌破坏（如图 1-2）。因此，想要使建筑结构经济合理，正确认识风对结构的作用，并采用有效手段进行风振控制是非常重要的[2]。

减振控制,结构振动控制,风工程,分类结构

广州大学硕士学位论文1.2 结构风振控制结构减振控制技术起初由美国 Yao[3]于上世纪 70 年代提出，该技术在科学界和工程界引起了极大的关注，在抵御地震方面被广泛应用。结构振动控制有很多不同的分类方法，按照外部能源输入的形式，可以分为主动控制、半主动控制、被动控制、混合控制等（如图 1-3）。

【参考文献】