轨道型非线性能量阱对高层结构脉动风振的控制仿真
发布时间：2020-08-08 10:57
【摘要】：介绍了轨道型被动NES(Nonlinear Energy Sink),并对附加NES装置的5层钢框架进行了白噪声激励下的振动台实验,结果表明了NES能在多个频率范围内抑制结构振动。基于NES的这种优点,将其应用到高层结构的风振控制上。采用线性回归方法的AR模型,模拟了不同高度处的脉动风速时程作为建筑结构的外部激励。以脉动风激励下高层建筑顶层的加速度为控制目标,对NES的质量、轨道表达式和黏滞阻尼参数进行了一系列优化,选择较优的参数对NES控制下某结构的脉动风致振动进行了仿真计算。计算结果表明:NES可以有效减小脉动风作用下建筑结构的最大加速度与加速度均方根,并且其可以同时减小结构多个模态的振动,从而提高风载荷下高层建筑的舒适度。
【图文】：
图２框架与ＮＥＳ实物图Ｆｉｇ．２ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｆｒａｍｅａｎｄｔｒａｃｋＮＥＳ图３框架顶层无控和有控时的加速度时程对比Ｆｉｇ．３Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙａｔｒｏｏｆｏｆｔｈｅｆｒａｍｅ为了从频域中观察ＮＥＳ控制频率范围宽广的特性，对框架顶层加速度时程数据进行小波变换与傅里叶变换，可得到变换之后的时频能量图与加速度响应谱，分别如图４与图５（ａ），（ｂ）所示。从图中可以看到相对无控状态下，框架弱轴向的前３阶模态对应频率下的振动都有不同程度上抑制，尤其以动力响应较大的１，２阶振动控制效果最为明显。将该试验工况下采集到的ＮＥＳ加速度值做傅里叶变换，从而得到ＮＥＳ的加速度响应谱如图５（ｃ）所示。从图中可以看出，ＮＥＳ自身振动的频率对应框架的前３阶频率，从另外一个角度说明了ＮＥＳ可以作用到结构的多个模态。振动台试验的结果说明了轨道型ＮＥＳ的频率范围相对传统ＴＭＤ较窄作用频率范围的减震方式较优，并且对将其应用到激励类似有限带宽白噪声的脉动风载荷作用下的建筑结构振动控制提供了试验依据。图４框架顶层加速度无控、有控下的时频能量图对比Ｆｉｇ．４Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｉｍｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｅｎｅｒｇｙｄｉａ－ｇｒａｍｏｆｔｏｐｆｌｏｏｒａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ图５顶层加速度无控、有控下的响应谱对比与ＮＥＳ响应谱Ｆｉｇ．５Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｓｐｅｃｔｒｕｍｓｏｆｔｏｐｆｌｏｏｒ１０９０振动工程学报第２９
图２框架与ＮＥＳ实物图Ｆｉｇ．２ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｆｒａｍｅａｎｄｔｒａｃｋＮＥＳ图３框架顶层无控和有控时的加速度时程对比Ｆｉｇ．３Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙａｔｒｏｏｆｏｆｔｈｅｆｒａｍｅ为了从频域中观察ＮＥＳ控制频率范围宽广的特性，对框架顶层加速度时程数据进行小波变换与傅里叶变换，可得到变换之后的时频能量图与加速度响应谱，分别如图４与图５（ａ），（ｂ）所示。从图中可以看到相对无控状态下，框架弱轴向的前３阶模态对应频率下的振动都有不同程度上抑制，尤其以动力响应较大的１，２阶振动控制效果最为明显。将该试验工况下采集到的ＮＥＳ加速度值做傅里叶变换，从而得到ＮＥＳ的加速度响应谱如图５（ｃ）所示。从图中可以看出，ＮＥＳ自身振动的频率对应框架的前３阶频率，从另外一个角度说明了ＮＥＳ可以作用到结构的多个模态。振动台试验的结果说明了轨道型ＮＥＳ的频率范围相对传统ＴＭＤ较窄作用频率范围的减震方式较优，并且对将其应用到激励类似有限带宽白噪声的脉动风载荷作用下的建筑结构振动控制提供了试验依据。图４框架顶层加速度无控、有控下的时频能量图对比Ｆｉｇ．４Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｉｍｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｅｎｅｒｇｙｄｉａ－ｇｒａｍｏｆｔｏｐｆｌｏｏｒａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ图５顶层加速度无控、有控下的响应谱对比与ＮＥＳ响应谱Ｆｉｇ．５Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｓｐｅｃｔｒｕｍｓｏｆｔｏｐｆｌｏｏｒ１０９０振动工程学报第２９
用于结构的多个模态频率。本组试验验证了轨道型ＮＥＳ不仅仅在有限带宽白噪声激励下有效，而且对不同幅值、频谱构成的地震波作用下框架顶层的加速度与加速度方差都起到了较好的控制效果。２风载荷模拟２．１风载荷特征建筑结构顺风向受到的风载荷主要包含两部分，一部分为平均风速，一部分为脉动风速。在任意时刻ｔ结构顺向风速ｕ（ｚ，ｔ）＝s裕酰ǎ玸兀酰ǎ簦瑂裕酰ǎ┪骄缢伲瑂兀酰ǎ簦┪龆缢伲郏保埃荨Ｍ迹叮常保辈ǎ埃保担缈蚣芏ゲ阌耄危牛蛹铀俣认煊ζ锥员龋疲椋纾叮遥澹螅穑铮睿螅澹螅穑澹悖簦颍酰恚螅铮妫簦瑁澹妫颍幔恚澹幔睿洌簦瑁澹危牛悠骄缢俚娜范ǎ浩骄缢偎孀鸥叨榷浠模保埃梗钡冢镀诹踔衅拢龋汗斓佬头窍咝阅芰口宥愿卟憬峁孤龆缯竦目刂品抡
本文编号：2785471
【图文】：
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图２框架与ＮＥＳ实物图Ｆｉｇ．２ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｆｒａｍｅａｎｄｔｒａｃｋＮＥＳ图３框架顶层无控和有控时的加速度时程对比Ｆｉｇ．３Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙａｔｒｏｏｆｏｆｔｈｅｆｒａｍｅ为了从频域中观察ＮＥＳ控制频率范围宽广的特性，对框架顶层加速度时程数据进行小波变换与傅里叶变换，可得到变换之后的时频能量图与加速度响应谱，分别如图４与图５（ａ），（ｂ）所示。从图中可以看到相对无控状态下，框架弱轴向的前３阶模态对应频率下的振动都有不同程度上抑制，尤其以动力响应较大的１，２阶振动控制效果最为明显。将该试验工况下采集到的ＮＥＳ加速度值做傅里叶变换，从而得到ＮＥＳ的加速度响应谱如图５（ｃ）所示。从图中可以看出，ＮＥＳ自身振动的频率对应框架的前３阶频率，从另外一个角度说明了ＮＥＳ可以作用到结构的多个模态。振动台试验的结果说明了轨道型ＮＥＳ的频率范围相对传统ＴＭＤ较窄作用频率范围的减震方式较优，并且对将其应用到激励类似有限带宽白噪声的脉动风载荷作用下的建筑结构振动控制提供了试验依据。图４框架顶层加速度无控、有控下的时频能量图对比Ｆｉｇ．４Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｉｍｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｅｎｅｒｇｙｄｉａ－ｇｒａｍｏｆｔｏｐｆｌｏｏｒａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ图５顶层加速度无控、有控下的响应谱对比与ＮＥＳ响应谱Ｆｉｇ．５Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｓｐｅｃｔｒｕｍｓｏｆｔｏｐｆｌｏｏｒ１０９０振动工程学报第２９
用于结构的多个模态频率。本组试验验证了轨道型ＮＥＳ不仅仅在有限带宽白噪声激励下有效，而且对不同幅值、频谱构成的地震波作用下框架顶层的加速度与加速度方差都起到了较好的控制效果。２风载荷模拟２．１风载荷特征建筑结构顺风向受到的风载荷主要包含两部分，一部分为平均风速，一部分为脉动风速。在任意时刻ｔ结构顺向风速ｕ（ｚ，ｔ）＝s裕酰ǎ玸兀酰ǎ簦瑂裕酰ǎ┪骄缢伲瑂兀酰ǎ簦┪龆缢伲郏保埃荨Ｍ迹叮常保辈ǎ埃保担缈蚣芏ゲ阌耄危牛蛹铀俣认煊ζ锥员龋疲椋纾叮遥澹螅穑铮睿螅澹螅穑澹悖簦颍酰恚螅铮妫簦瑁澹妫颍幔恚澹幔睿洌簦瑁澹危牛悠骄缢俚娜范ǎ浩骄缢偎孀鸥叨榷浠模保埃梗钡冢镀诹踔衅拢龋汗斓佬头窍咝阅芰口宥愿卟憬峁孤龆缯竦目刂品抡
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