結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)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(fēng)荷載的數(shù)值模擬脈動風(fēng)荷載的數(shù)值模擬響應(yīng)計算與結(jié)果分析響應(yīng)計算與結(jié)果分析參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 目 錄結(jié)論結(jié)論（一）防晃水箱概念防晃水箱是一種新型的調(diào)諧液體阻尼器，這種TLD 系統(tǒng)是在圓柱形水箱內(nèi)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(zhì)量-彈簧-阻尼器力學(xué)模型。防晃水箱固結(jié)安裝在結(jié)構(gòu)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(fēng)荷載作用下頂部安裝防晃水箱的高層結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)控制方程為：式中F(t)為作用在建筑物上的脈動風(fēng)荷載，K、M、C分別為建筑物的剛度矩陣、質(zhì)量矩陣和阻尼矩陣。相關(guān)表達(dá)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(zhì)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(zhì)量和剛度，H是水箱內(nèi)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(zhì)量、剛度和阻尼。 是安置了防晃板后圓柱形貯箱內(nèi)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(fēng)荷載主要是通過多質(zhì)點回歸方法，根據(jù)風(fēng)力功率譜和空間相關(guān)特性進(jìn)行模擬，脈動風(fēng)荷載時程曲線的時間步長設(shè)為0.05（s)，采用12000（600s)個風(fēng)載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。具體來說就是以這些時間點的風(fēng)度線性組合與白噪聲之和給出現(xiàn)時風(fēng)速，即通過求解這12000個隨機(jī)過程方程的回歸系數(shù)來實現(xiàn)對脈動風(fēng)速的模擬。本次分析中，順風(fēng)向和橫風(fēng)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(fēng)荷載的數(shù)值模擬為了分析防晃水箱對高層建筑風(fēng)振響應(yīng)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(zhì)量點的質(zhì)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(yīng)分析過程中，建筑物結(jié)構(gòu)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(zhì)量與總質(zhì)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(yīng)計算與結(jié)果分析針對是否安裝防晃水箱兩種情況，分布進(jìn)行數(shù)值模擬分析得到建筑物頂部節(jié)點在順風(fēng)向和橫風(fēng)向的加速度和位移響應(yīng)（表1）（四）響應(yīng)計算與結(jié)

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(fēng)向的最大加速度和位移響應(yīng)值相較為安裝防晃水箱時分別減少了33%和29%；恒風(fēng)向的最大加速度和位移響應(yīng)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(jìn)行數(shù)值模擬分析，結(jié)果如表2、表3和表4所示。（四）響應(yīng)計算與結(jié)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(yīng)值的抑制得到增強(qiáng)。（四）響應(yīng)計算與結(jié)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(yīng)抑制效果比較好。（四）響應(yīng)計算與結(jié)果分析由表4可知，防晃板數(shù)量越多對振動響應(yīng)抑制效果越好。通過對安裝防晃水箱的高層建筑進(jìn)行數(shù)值模擬研究

7、，有效分析了強(qiáng)風(fēng)作用下的一種新型TLD系統(tǒng)防晃水箱對高層結(jié)構(gòu)動力影響與振動控制效果，并得到如下結(jié)論：防晃水箱對高層結(jié)構(gòu)誘發(fā)的順風(fēng)向和橫風(fēng)向振動響應(yīng)具有良好的控制效果。當(dāng)時，順風(fēng)向的加速度和位移響應(yīng)的均方值分別減少了40%和21%，橫風(fēng)向的加速度和位移響應(yīng)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(jié)合起來，經(jīng)過特定設(shè)計有效地減少主體結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)，提高高層建筑的舒適性與安全性。（五）結(jié)論3,05.0/,05.0/,05.0/1bNRdRdRb參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1梁波，何華，唐家祥.防晃水箱控制高層建筑風(fēng)振響應(yīng)的研究.2001 2張敏政，丁世文，郭迅.利用水箱減震的結(jié)構(gòu)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