地震作用下高層結(jié)構(gòu)建筑振動控制

地震作用下高層結(jié)構(gòu)建筑振動控制分析摘要：通過對高層結(jié)構(gòu)樓板振動的控制研究，分析了在高層結(jié)構(gòu)中設(shè)置減震耗能裝置(TMD)對結(jié)構(gòu)樓板加速度的影響，證明了在建筑物頂層施加TMD裝置可以減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的加速度響應(yīng)。關(guān)鍵詞：振動控制；TMD；高層結(jié)構(gòu)；加速度1引言如何采取經(jīng)濟(jì)、高效、可靠的措施來減少地震所造成的損失，已成為眾多學(xué)者和工程師極為熱衷研究的課題。高層結(jié)構(gòu)在地震作用下產(chǎn)生振動，會使人們感到不舒適，從而影響建筑物的正常使用。并且，對舒適度的研究表明，彎曲振動時，起決定作用的是所考慮點的最大加速度值［1］，因此，在研究地震作用下高層建筑樓板振動時，加速度響應(yīng)的最大值起決定作用。本文利用MATLAB編程計算了有控條件下與無控條件下樓板加速度響應(yīng)的最大值，并進(jìn)行分析比較，證明了在結(jié)構(gòu)頂層施加TMD裝置能夠減小地震作用下的樓板加速度響應(yīng)。2結(jié)構(gòu)振動控制方法結(jié)構(gòu)振動控制是研究建筑物在動力荷載作用下，控制結(jié)構(gòu)狀態(tài)反應(yīng)(速度、加速度、能量反應(yīng)等)的理論和方法，它以結(jié)構(gòu)的減振為研究目的，可以劃分成主動控制、混合控制和被動控制。本文主要采用被動控制中的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD）對高層樓板進(jìn)行研究。在建筑物頂層設(shè)置TMD裝置來控制結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，使結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)數(shù)值控制在一定的范圍內(nèi)是一種有效的結(jié)構(gòu)控制方法。它最早是由DenHarton在40年代提出的，目前有兩種形式：懸吊式和支撐式兩種。圖1所示的懸吊式TMD系統(tǒng)，是將質(zhì)量塊懸吊在結(jié)構(gòu)上，并將彈簧和阻尼器系統(tǒng)設(shè)置在懸吊的質(zhì)量塊與結(jié)構(gòu)之間。圖2所示的支撐式TMD系統(tǒng)，是將質(zhì)量塊用摩擦系數(shù)極小的支撐系統(tǒng)支撐在結(jié)構(gòu)上，并將彈簧和阻尼器系統(tǒng)設(shè)置在支撐的質(zhì)量塊與結(jié)構(gòu)之間。目前，利用TMD對高層結(jié)構(gòu)進(jìn)行位移控制研究的較多，而利用TMD對高層結(jié)構(gòu)的加速度控制研究的較少，本文將利用支撐式TMD對高層結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)進(jìn)行振動控制研究。圖1懸掛式TMD系統(tǒng)圖2支撐式TMD系統(tǒng)3TMD－結(jié)構(gòu)的動力平衡方程3.1單自由度結(jié)構(gòu)體系TMD－結(jié)構(gòu)的動力平衡方程TMD主結(jié)構(gòu)動力平衡方程陷挽疤牽傍傳屋（嫌1吊）蟲式中：念m德―陰―竟主結(jié)構(gòu)的質(zhì)量塑；還c曬―看―獅主結(jié)構(gòu)的阻尼粒；呈k彎―蕩―含主結(jié)構(gòu)的剛度件；籠y盡―曠―爆主結(jié)構(gòu)的位移滋；僚f熄T批(撤t)珠―袋―誓結(jié)構(gòu)在振動過每程中所受到的絲控制力；憑p(t鋸)公――戴結(jié)構(gòu)所受到的僻等效地震力。棒TM賊D樸子結(jié)構(gòu)動力平旋衡方程置兇怒絡(luò)要躲（壘2鞭）墨式中：金m飯T省―壁―蔑TM中D故系統(tǒng)的質(zhì)量；首y陰T懲―噸―泛TM螞D董系統(tǒng)的位移；帥c脹T奴―利―準(zhǔn)TM耗D逝系統(tǒng)的阻尼；童k癥T釘―抄―蘇TM加D董系統(tǒng)的剛度。王3.劉2科多自由度體系探的展TM昌D桶－結(jié)構(gòu)動力平悔衡方程祥TM蛇D種主結(jié)構(gòu)動力平撕衡方程巨掌箭咐裕體（監(jiān)3鍛）佩式中：［適m端］尿―算―煤主結(jié)構(gòu)的質(zhì)量玩陣，協(xié)［漸c井］利―寄―喉主結(jié)構(gòu)的阻尼兵陣；輪［眼k有］換―敲―椒主結(jié)構(gòu)的剛度刑陣；嘩［厚y拼］說―劣―倡主結(jié)構(gòu)的位移姥陣；餃［鉗p(t)歪］針―睛―狂結(jié)構(gòu)的等效地疫震力；據(jù)［辰f農(nóng)T拋(t嗽)絲］迅―族―認(rèn)結(jié)構(gòu)在振動過煮程中所受到的維控制力。畏TM蝦D晴子結(jié)構(gòu)動力平蜘衡方程宿椅畝緒堆禾羨（棉4截）繪式中：工m錦T剃―率―意TM尤D鑰系統(tǒng)的質(zhì)量；漏y割T暗―丸―昂TM倚D死系統(tǒng)的位移；差c獻(xiàn)T障―姑―茅TM姑D樣系統(tǒng)的阻尼；版k孟T四―呢―斤TM寸D剝系統(tǒng)的剛度。4計算實例舅算例哥艙碎某混凝土框辮架器1使2培層，層高均為予4m凱，尋1夸至悔6亂層層質(zhì)量遼為歲9勿.駁545×炸10千4敬Kg犬，躬7債至感1預(yù)1僑層層質(zhì)量攔為察9.145×引10告4障Kg溪，誤1悅2猛層層質(zhì)量衫為廈8.735×勤10畢4座Kg產(chǎn)，后1量至么6眠層層間剛度圾為敢1.2006歷×10遵8妨N/乓m誓，來7濟(jì)至語1抹2幣層層間剛度浩為強(qiáng)5.506×邊10千7碎N/花m伍，結(jié)構(gòu)周壽期庸1.55植s凡，利至用糾MATLA昆B鴉編程計算在地城震作用下的結(jié)郵構(gòu)的動力響反奉應(yīng)，得到結(jié)構(gòu)捉最大位移為寨0.0342悔mm亮，最大加速度音＝缸0.342m茄/s鍋2灶>怖[遼]漿＝擇0.30m談/s鑒2染，不滿足舒適師度的要抱求獲;辭在結(jié)構(gòu)頂層加科上率TM廊D展后，其中對，羞TM呆D巖質(zhì)量攪為唇4.4692趕×元10盟4樓Kg批，結(jié)構(gòu)的最大湯位移挨0.0167最mm企，梢結(jié)構(gòu)的最大加腿速度咐＝膛0.167解m遣/s瑞2降<[亂]追＝腥0.30m趣/s見2砍，滿足舒適度寺要求，其中，壯位移的減振率惑為芒51.17束%紙，加速度的減萌振率羊為聲51.10似%員，證明附了糟TM峽D謊有比較明顯的舞減振效果。吵圖譽(yù)3上或有控及無控位糟移時程曲線庸圖挪4金睜有控及無控加廳速度時程曲線5結(jié)論撫通過對高層建照筑在地震作用泡不鞏加喉TM淚D閣裝置與諒加暫TM塵D貝裝置后的加速覆度數(shù)值進(jìn)行比蠢較分析，證明基了在建筑物頂鄭層施題加亂TM躁D腹裝置可以減小鏟結(jié)構(gòu)在地震作款用下的加速度愈響應(yīng)。因此，炕在高層結(jié)構(gòu)中倒可以在結(jié)構(gòu)頂谷層設(shè)旋置說TM秤D脂裝置，能達(dá)到炒一定的減振效成果，滿足高層雜結(jié)構(gòu)使用的舒劑適度要求。參考文獻(xiàn)：裁[1]吼李春祥，熊學(xué)么玉，胡俊生證．撿TMD包-哈高層鋼結(jié)構(gòu)系慰統(tǒng)按規(guī)范抗風(fēng)暢設(shè)計方法樸[J]撓．工業(yè)建筑羅，渠200間0賺，農(nóng)30(4)景，券1-4稿[2]秧張相庭．高層爆建筑抗風(fēng)抗震灰設(shè)計計算泄[M]章．上海：同濟(jì)績大學(xué)出版社糕，驚1996萌[3]家正衰蔡丹繹等．合鑒肥電視困塔毛TMD扶融風(fēng)振控制的響布應(yīng)分析爽[J]模．工程力學(xué)嶺，繼200炮1違，吐18(3熄)畢，丘53-80尾[4]卵李宏男，閆石棍．中國結(jié)構(gòu)控懇制的研究與應(yīng)貌用計[J]狗．地震工程與袖工程振動繭，意1999悅，虎19(1費(fèi))店，蘆107-11乎2柜[