結構振動控制技術報告2---林伯熔

1、匯報人：羅正旭 任衛(wèi)崗中特社會主義報告Structuralvibrationcontroltechnology中國還是不是一個發(fā)展中國家防晃水箱概念防晃水箱概念分析模型分析模型脈動風荷載的數(shù)值模擬脈動風荷載的數(shù)值模擬響應計算與結果分析響應計算與結果分析參考文獻參考文獻 目 錄結論結論（一）防晃水箱概念防晃水箱是一種新型的調諧液體阻尼器，這種TLD 系統(tǒng)是在圓柱形水箱內安置水平環(huán)形防晃板，以提高液體的晃動阻尼。什么是防晃水箱什么是防晃水箱水箱模型 考慮一個橫截面為矩形的N層高層建筑（圖1），可簡化成一個具有N個自由度的質量-彈簧-阻尼器力學模型。防晃水箱固結安裝在結構的頂部，在液體晃動過程中防晃

2、板的變形很小，可忽略不計。（二）防晃水箱分析模型分析模型分析模型 圖1 建筑物模型根據(jù)Hamilton原理，風荷載作用下頂部安裝防晃水箱的高層結構動力響應控制方程為：式中F(t)為作用在建筑物上的脈動風荷載，K、M、C分別為建筑物的剛度矩陣、質量矩陣和阻尼矩陣。相關表達式如下： Q=1, 2，3, , NT Mp=0,0,0, , R / 1 T（二）防晃水箱分析模型分析模型分析模型 （二）防晃水箱分析模型分析模型分析模型 質量矩陣剛度矩陣（二）防晃水箱分析模型分析模型分析模型 )122/11 (5 . 0RKL)1()tanh(2)1(131213HRMLLLLMC1RHg)tanh,111

3、212121（b1n12122121231)(sh1-)tanh(bNnHshdHH）（NbnnLHshdHshbAH115.215.25.05.011(tanh()1(215.38）RAARddRbbRHHnn/,/,/,/11其中，mi和ki（i=1,2, ,N)分別為建筑第i個自由度的質量和剛度，H是水箱內液體的高度， 是液體的密度，g是重力加速度，1 是Bessel函數(shù)的一個根。 i(t)為建筑物第i個自由度的位移，q(t)為液體自由面在r=R且=0處液面高度變化量。ML、KL和CL 分別為液體運動的等效質量、剛度和阻尼。 是安置了防晃板后圓柱形貯箱內液體的晃動頻率，A1是液體晃動過程

4、中液面高度最大變化值。（二）防晃水箱分析模型分析模型分析模型 1本次分析所采用的脈動風荷載主要是通過多質點回歸方法，根據(jù)風力功率譜和空間相關特性進行模擬，脈動風荷載時程曲線的時間步長設為0.05（s)，采用12000（600s)個風載數(shù)據(jù)進行分析。具體來說就是以這些時間點的風度線性組合與白噪聲之和給出現(xiàn)時風速，即通過求解這12000個隨機過程方程的回歸系數(shù)來實現(xiàn)對脈動風速的模擬。本次分析中，順風向和橫風向脈動荷載值分別引入計算，不考慮兩者間的耦合作用。（三）脈動風荷載的數(shù)值模擬為了分析防晃水箱對高層建筑風振響應的控制效果，考慮地處市區(qū)（地面粗糙指數(shù)為0.25）的一棟方形截面的高層建筑，其截面邊

5、長為40（m)，高160（m）。用10個質量點的質量-彈簧-阻尼器來模擬這個建筑，每個節(jié)點僅有水平自由度。一些假定：建筑物剛度呈梯度均勻分布，底部為頂部的2倍。 建筑物的第一階固有頻率為0.25（HZ)。 在整個響應分析過程中，建筑物結構阻尼比定為1%防晃水箱尺寸確定：記fs為建筑物的固有頻率，若貯存的液體質量與總質量之比為0.94%，最優(yōu)液體晃動頻率fopt= fs/(1+),從而可以確定水箱的半徑R=5.8（m），液體的高度H=3.4（m）（四）響應計算與結果分析針對是否安裝防晃水箱兩種情況，分布進行數(shù)值模擬分析得到建筑物頂部節(jié)點在順風向和橫風向的加速度和位移響應（表1）（四）響應計算與結

6、果分析通過比較可以發(fā)現(xiàn)，安裝防晃水箱建筑物的順風向的最大加速度和位移響應值相較為安裝防晃水箱時分別減少了33%和29%；恒風向的最大加速度和位移響應值分別減少了24%和17%。為研究防晃板的尺寸、數(shù)量和位置對高層頂部節(jié)點加速度和位移均方值的影響，分別進行數(shù)值模擬分析，結果如表2、表3和表4所示。（四）響應計算與結果分析表2表明，隨著環(huán)形防晃板寬度的增大，對加速度和位移響應值的抑制得到增強。（四）響應計算與結果分析由表3可知，將防晃板安裝在自由液面附近時，振動響應抑制效果比較好。（四）響應計算與結果分析由表4可知，防晃板數(shù)量越多對振動響應抑制效果越好。通過對安裝防晃水箱的高層建筑進行數(shù)值模擬研究

7、，有效分析了強風作用下的一種新型TLD系統(tǒng)防晃水箱對高層結構動力影響與振動控制效果，并得到如下結論：防晃水箱對高層結構誘發(fā)的順風向和橫風向振動響應具有良好的控制效果。當時，順風向的加速度和位移響應的均方值分別減少了40%和21%，橫風向的加速度和位移響應的均方值分別減少了43%和16%。這種新型水箱可以建筑上常規(guī)的生活或消防水箱結合起來，經(jīng)過特定設計有效地減少主體結構的風振響應，提高高層建筑的舒適性與安全性。（五）結論3,05.0/,05.0/,05.0/1bNRdRdRb參考文獻參考文獻 1梁波，何華，唐家祥.防晃水箱控制高層建筑風振響應的研究.2001 2張敏政，丁世文，郭迅.利用水箱減震的結構控制研究.地震工程與工程振動. 2004 3梁波.輸液管道和貯液圓柱殼動