考虑参数随机性的高层建筑风振舒适度的非线性黏滞阻尼器优化布设

以顶层加速度作为概率特征量，建立目标函数，分别采用基于随机等效线性化系统的频域方法和基于概率密度演化理论的非线性系统时域方法，进行了考虑结构参数随机性的高层建筑风振舒适度控制的黏滞阻尼器优化布设研究。结果表明：在总黏滞阻尼器系数相同的条件下，以顶层加速度标准差和失效概率为目标函数的黏滞阻尼器优化布设方案，在确定性激励作用下均能显著降低结构的风振响应，且相对于未优化的阻尼器均匀满布方案更经济、更有效。以加速度标准差为目标函数的传统阻尼器优化布设本质上是确定性分析方法，对结构可靠度的提高作用有限，而以加速度失效概率为目标函数的阻尼器优化布设，以结构响应的概率密度函数为优化对象，能显著地提高结构的可靠度，有利于改善高层建筑结构的风振舒适度性能。     

结构设置DFPS-TMD阻尼器减震效果分析研究

根据Lagrange方程推导了结构顶部设置双滑动面摩擦摆调谐质量系统(DFPS-TMD)的动力反应分析计算公式,并根据龙格-库塔法利用MTALAB语言编制程序求解。计算结果表明:设置质量调谐系统之后,结构地震动力反应、楼层位移、层间位移、楼层速度及加速度分别减小,反映了该减震系统具有良好的减震效率与耗能效果。减震效果与滑道半径、摩擦系数和调谐质量有关。当r=1.5m,μ=0.01,M/m=3时减震效果最好。     

粤港澳地区超高层结构抗风设计若干问题

通过提炼汇总及逐项解读,对粤港澳三地规范体系中关于风荷载计算方法及其主要影响参数,以及风致位移响应和加速度控制标准等方面进行了系统对比。通过假想案例对三地规范风致位移角控制的宽严程度进行了比较,结果表明三地控制原则存在一定差异,粤规范控制标准居中。基于某突破粤规范限值的真实案例,从结构整体稳定、抗震性能、非结构构件及机电设备需求等方面探讨了风致位移角突破规范限值的可行性;并介绍了由此引起风振加速度偏大时的应对方案,建议视乎项目定位及对舒适度的需求标准,而考虑采用TSD等吸能减振措施改善结构的风振舒适度。     

超高层建筑风振控制方案的对比分析

以天津某超高层结构的风振控制为研究对象,分析了风荷载的动力特性。针对该工程的自身特点提出了设置粘滞阻尼器(A)、设置双向调频质量阻尼器(B)、设置粘滞阻尼器和双向调频质量阻尼器(C)的三种减振控制方案,采用具有三维空间相关性的自回归过滤技术,进行了不同控制方案下的风振控制动力分析,对比分析了不同方案下的控制效果。结果表明:在特定的加强层处设置粘滞阻尼器及在顶层设置调谐质量阻尼设备均能够耗散风振作用输入能量的30%以上,进而有效衰减结构的风致振动响应,保证主体结构的正常使用工作状态。依据分析结果对超高层结构体系风振控制的分析与设计提出了建议。     

高层建筑几种风振控制方式的设计方法

本文提出了高层建筑三种风振控制方式(拉索,挡风板和可调质量阻尼器)的一个改进的设计方法。文中:建立了脉动风的成型滤波器,导得了基于结构层间位移、速度和加速度反应的扩展二次型目标函数的控制规律,实现了高层建筑强度,刚度和舒适度的控制要求,提出了消极控制的具体设计方法,采用了一种简单而实用的自适应控制方法,使主动控制得到实现。     

风振作用下索穹顶的优化设计

针对索穹顶在风振作用下的优化设计问题,基于线性滤波法,采用MATLAB软件对索穹顶进行风速时程模拟.以风振作用下索穹顶的总体横向位移、整体预应力水平、总重量为目标函数建立优化模型,采用ISIGHT软件集成ANSYS,基于NSGA II遗传算法,对索穹顶进行了多目标函数优化.优化结果表明:在风振作用下,总体横向位移增加少许,但整体预应力水平与总重量都得到较大的降低,优化结果具有较高的经济性与力学合理性.     

考虑二阶振型的高层建筑顺风向风振响应简化计算

为评估高层建筑风振的舒适度,应建立简单实用的结构风振响应计算方法。而我国GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》的高层建筑顺风向风振响应简化计算方法没有考虑二阶振型的贡献。基于准定常理论,采用频域法进行了考虑二阶振型贡献的高层建筑顺风向风致响应评估,并分析了二阶振型对结构风致响应的贡献。结果表明：二阶振型对高层建筑顺风向动力位移响应的贡献一般在2%以内,但对顺风向动力加速度响应的贡献最大能达到18%。在评估结构顺风向风振加速度响应时,二阶振型的贡献不能忽略。在此基础上,推导了考虑二阶振型的对称等截面高层建筑顺风向风振响应简化计算方法。将此简化方法得到的结果与频域法和规范公式得到的结果进行对比,其误差在5%以内,表明简化公式具有较好的精度和适用性。     

某观光塔风致振动调谐质量阻尼控制分析

高耸柔性结构在风荷载作用下易产生较大的振动加速度和变形,随着其在工程中的广泛应用,对高耸结构进行结构风致振动控制以提高其舒适度显得极其重要。针对某旅游观光塔进行风振响应分析,并以塔中的消防水箱作为调谐质量阻尼器系统(TMD)的惯性质量,进行了TMD风致振动控制设计及其振动控制分析。研究结果表明,所设计的悬挂式TMD控制系统可以有效减小顺风向结构风致响应,从而显著提高观光塔的舒适度,并对结构的基底剪力、倾覆力矩、顶部位移等均有较好的控制效果;同时对观光塔横风向风振进行初步验算,判定其不会发生大幅值的涡激振动现象。     

弱连接体支座形式对非对称双塔结构的影响分析

非对称双塔连体结构在连接体位置不高时常采用弱连接形式,连接体支座的选择对两侧结构受力影响很大。对比分析连接体在不同的弱连接方式下塔楼主体结构动力特性及主体结构关键构件在罕遇地震下的抗震性能,对连接体楼板进行了舒适度分析。结果表明,即使采用弱连接方式,连接体的体量及高度与塔楼单体越接近,连接体对塔楼的约束作用越明显;连接体两侧采用双向摩擦摆支座方案优于采用一端固接铰支座、一端双向摩擦摆支座方案;在罕遇地震下,采用双向摩擦摆支座方案的塔楼在连接体及以下楼层层间位移角为不同方案中的最小值,关键构件能达到更高的性能水准;双向采用摩擦摆支座方案会带来较大的支座水平位移,需要在设计中采取措施以确保连接体在罕遇地震下不致脱落;对于具有不同建筑功能的多层连体结构,可通过增加楼板厚度更有效地降低各层楼板竖向加速度峰值,以满足楼板舒适度的要求。     

设置粘滞流体阻尼器的高耸结构风振控制的研究

该文对设置粘滞流体阻尼器的高耸结构风振反应控制进行了研究。以某高耸结构为例,采用三维有限元分析软件建立其有限元模型,根据振型分解法推导出设置了黏滞流体阻尼器的高耸结构的风振反应控制方程,并对该结构的反应控制进行数值模拟分析。数值结果表明:采用粘滞流体阻尼器的高耸结构可以有效抑制其风振反应,使该结构其层间位移角和顶层最大加速度均能满足规范的设计要求。     

基于优化模糊控制规则的磁流变阻尼减震结构地震反应分析

由于采用半主动控制的磁流变阻尼器减震结构存在非线性和时变等因素,精确数学模型的建立非常困难。模糊控制是一种比较合适的控制方法,但模糊控制的设计易受人类主观经验的影响而不甚完善,致使控制的效果受到影响。本文利用遗传算法提出一种优化模糊控制规则的新的控制算法,并对安装磁流变阻尼器的某3层钢筋混凝土结构进行了数值仿真,比较了无控结构、模糊控制结构及遗传算法优化模糊控制结构在地震作用下顶层的位移和加速度响应。结果表明:与人为经验设计的模糊控制相比,利用遗传算法优化的模糊控制可使结构顶层位移、加速度的控制效果均得到明显提高。     

高层建筑基于风速风向联合概率分布作用的风致响应可靠度分析

为研究高层建筑多风向风致加速度满足人体舒适度要求的可靠度,推导了以结构顶部加速度响应均方根值表征的近似解析表达式,建立了风速风向联合分布的概率模型。并以广州西塔高层建筑为算例,结合其工程气象分析及风洞试验等相关资料,通过随机振动理论和曲线拟合方法,得到其在主要风向角下风致顶部加速度响应均方根值与10 m高度平均风速的拟合表达式。在此基础上,考虑平均风速服从Weibull分布,阻尼比服从正态分布条件下,基于条件概率,采用验算点法对此高层建筑在考虑风速风向联合概率分布情况下,满足重现期10年的顶部风致加速度响应(舒适度)要求的可靠度进行了分析,表明结构顶部重现期10年风致加速度失效概率在各方向有明显差别,说明考虑风速风向联合分布的风致结构舒适度失效概率计算的必要性。采用本文的验算点法对本算例高层建筑的可靠度分析,结果表明其对应重现期10年的考虑风速风向联合概率分布情况下满足舒适度要求的可靠度值达99.98%。     

脱排一体式钢塔设置TMD对减轻风致振动的 控制研究

为了减轻脱排一体式钢塔的风致振动,采用调谐质量阻尼器(TMD)控制装置,对其进行风振控制研究。利用ADINA有限元软件,进行脱排一体式钢塔的风洞数值模拟与时程分析,并对脱排一体式钢塔结构进行现场实测,现场实测结果与数值模拟结果误差在15%之内,验证了数值模拟方法的准确性。根据脱排一体式钢塔的结构特性,合理设计了TMD控制装置。进行风荷载作用下设置TMD的脱排一体式钢塔时程分析,结果表明,TMD控制装置可以增加脱排一体式钢塔的等效阻尼比,有效降低脱排一体式钢塔的整体位移、加速度响应与结构底部应力响应,但会增大结构上部与中部的应力响应。TMD与主体结构相对位移较小,可对TMD控制装置进行优化设计。     

圆弧滑道辊轴摩擦摆隔震系统的研究

提出了建筑物滚动摩擦隔震理论.根据动能定理与多体动力学理论,导出了圆弧滑道摩擦隔震系统的强非线性多自由度运动方程,并根据龙格-库塔方法给出了数值求解过程.计算了一个实例工程在地震作用下的动力反应特性.分析,辊轴摩擦隔震系统的隔震性能.辊轴式摩擦摆的结构较FPS滑道式摩擦摆有了改善.它消除了FPS型摩擦摆中滑道摩擦力的冲击作用,也不必在滑道系统中设置运动转向装置.而且在竖向也可能会有较好的隔震效果.     

基于实测数据的香港K11大楼台风风场模拟与风振分析

在香港K11大楼顶层布置了加速度传感器和风速仪,实时监测大楼周边风场及其风致振动。风场数值模拟以顶层实测台风风速数据为基础,结合台风经过时的风速剖面与湍流强度剖面,采用谐波叠加法模拟得到了该高层建筑16个代表楼层处较为真实的台风风场风速时程。分别采用基于数值风场数据的时域法和基于风洞试验数据的频域法对其进行了风振分析。结果表明:与频域法相比,时域法得到的结构风振加速度响应极值、均方根和功率谱密度均与实测结果更为接近。     

某多塔连体高层结构抗震性能化分析

某多塔连体高层建筑由3栋高度不同的高层建筑和高位钢结构连接体组成,连接体与主体结构之间设置摩擦摆隔震支座,支座位移较大的位置设置黏滞阻尼器。对整体结构进行了考虑支座非线性的整体建模分析,并与单塔独立模型的模拟结果进行对比。结果表明：设计所选用的弱连接有效减小了连接体对主体结构的影响,设置摩擦摆隔震支座和黏滞阻尼器减小了各塔楼的地震响应。最后,对整体结构进行了动力弹塑性时程分析,研究了结构的位移和层剪力、摩擦摆隔震支座和阻尼器的响应以及构件的损伤变化过程。结果表明：整体结构、摩擦摆隔震支座和黏滞阻尼器、结构构件均满足预定的抗震性能设计目标,该多塔结构在罕遇地震作用下的弹塑性反应及破坏机制,符合结构工程抗震概念设计的要求。     

基于能量和控制效果指标的黏滞阻尼器优化设计

提出以能量和控制效果指标为目标函数的黏滞阻尼器优化设计方法。基于黏滞阻尼器参数对其滞回曲线的影响,在分别以加速度控制效果指标和能量为目标函数的情况下,采用遗传算法对黏滞阻尼器进行了布置及参数的同步优化,在综合考虑了位移控制效果指标、加速度控制效果指标及能量的情况下,再次对黏滞阻尼器进行了优化设计,将三种黏滞阻尼器优化设计结果与传统设计结果进行了比较,并分析了四种阻尼器设计结果对地震的敏感性。研究表明:考虑能量的黏滞阻尼器优化设计是有效的,在目标函数中引入能量可以减小设计结果对地震波的敏感性。     

采用摩擦摆支座的钢框架住宅隔震性能研究

基于有限元分析软件SAP2000适合做钢结构分析,利用SAP2000软件建立一个多层钢结构住宅的非隔震模型和采用摩擦摆隔震的隔震模型,并运用线性时程分析法对两种结构在多遇地震下的楼层剪力、层间位移、顶层加速度等地震反应进行动力分析。分析结果表明:摩擦摆隔震支座后多层钢框架住宅结构的水平地震反应明显低于非隔震结构,基础最大剪力减小47.3%。层间剪切力降低了44.7%,顶层加速度降低了33.8%。     

超高层建筑风致响应及等效静力风荷载研究

以重庆宾馆为工程背景,制作了缩尺比为1∶300的试验模型,并进行了刚性模型同步测压风洞试验,采集了重庆宾馆建筑表面的脉动风压时程。风洞试验包括有周边建筑和无周边建筑两类工况。采用风洞试验的脉动风压时程数据,考虑该高层建筑2个主轴方向的前4阶弯曲模态,进行了其风致响应研究,得到了建筑顶部的位移响应和加速度响应,并进行了人体舒适度验算。采用惯性风荷载法,研究了建筑主轴方向的等效静力风荷载。结果表明:对于高度为300m的混凝土高层建筑,仅考虑1阶模态进行风致响应分析,位移响应能满足工程精度的要求,但加速度响应误差较大,至少应考虑前4阶模态;重庆宾馆10年重现期下建筑顶部的峰值加速度为0.144m/s2,满足舒适度限制要求;横风向平均风荷载较小,但惯性风荷载较大。     

带突出物高层建筑的减振方案对比

采用改进的自回归模型模拟了某带突出物高层建筑结构的脉动风荷载时程,针对其自身特点,提出了突出物玻璃幕墙开洞（方案A）、设置粘滞阻尼器（方案B）、玻璃幕墙开洞与设置粘滞阻尼器相结合（方案C）的3种减振方案。在10年和50年一遇2种风振作用下,对该工程进行了不同减振方案下的风振动力分析,最后依据分析结果对类似结构体系风振控制的分析与设计提出了建议。结果表明：方案B和方案C具有大量耗散风振输入能量、有效衰减结构动力响应和降低结构风振作用的能力,可减小主体结构顶点位移和加速度响应的最大幅度分别为34.6%、36.8%,提出的减振方案对于抑制结构风致振动、提高结构安全性和舒适性具有可行性和有效性。