顺风向脉动风载下巨子型结构振动控制研究

基于对顺风向脉动风载下子结构质量和附加阻尼研究，探讨巨子型有控结构（MSCS）中的两种控制作用——调谐减震与阻尼耗能减震及两者间的关系。研究了不同附加阻尼时子结构质量变化对MSCS动力响应的影响规律，及子结构质量不同情况下附加阻尼值变化对MSCS动力响应的影响规律，并分析子结构质量对MSCS中最优附加阻尼值的影响。结果表明：MSCS动力响应随着子结构质量增大而减小，且该规律不受附加阻尼变化干扰；MSCS侧移或加速响应随着附加阻尼增大呈现出先减小后增大或不变的变化规律，且该规律不因子结构质量不同而改变，但最优附加阻尼值随子结构质量增大而减小。实际设计中为充分发挥MSCS抗风振潜能，要综合考虑子结构质量与附加阻尼的影响。     

半主动控制下巨-子型有控结构的风振控制参数特性研究

对巨-子型有控结构在顺风向随机风载激励下的半主动控制响应特性进行了时程分析研究,讨论了在半主动控制下主子结构相对刚度比、相对质量比和附加柱刚度比参数的变化对结构响应的控制效果的影响.研究表明该新型结构采用半主动控制后能获得很好的控制效果,子结构的刚度和质量、附加柱刚度改变对结构的响应非常敏感,选取不同的参数会得到不同的控制效果,给出了合适的参数选取范围.     

脉动风载下新型建筑结构顶层动力响应控制研究

对于新型建筑结构而言,巨结构以及子结构中顶层动力的响应是最为剧烈的,且由于此区域中流体阻尼器直接与附加柱相连接,故而使得顶层动力特定的表现非常的复杂。为进一步改善整个建筑结构的稳定性状态,本文在脉动风载作用力影响下分析附加阻尼以及附加柱刚度对整个结构动力特性表现的影响,从而总结了结构顶层动力响应的变化规律,望能够在后续工作中针对此问题展开进一步的研究。     

某超高层结构三种风振控制方法的对比研究

提要 以某超高层结构的风振控制为研究对象,阐述了风荷载的动力特性,利用改进的自回归模型模拟了X和Y两个方向的脉动风荷载时程,针对该工程的自身特点提出了设置粘滞阻尼器和调频质量阻尼器(II)、设置粘滞阻尼器(III)、设置调频质量阻尼器(IV)的三种减振控制方案。在10年、50年和100年一遇三种风振作用下,对该工程进行了不同风振方向和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,结果表明控制方案II、III具有大量耗散风振输入能量、有效衰减结构动力响应、降低风振作用下结构层加速度和层间侧移沿高度方向突变的能力,可减小结构顶层位移和加速度响应的最大幅度分别为33％和51.4％,证明了所提控制方案对于抑制结构风致振动、提高结构安全和舒适使用性能的可行性和有效性。最后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。     

风载作用下锅炉构架动力特性有限元分析

对风载作用下电站锅炉构架钢结构的动力特性进行了研究。针对工程实例,运用空间梁单元有限元方法建立了锅炉构架的三维结构模型;考虑风荷载作用,应用ANSYS软件对锅炉构架钢结构进行了静力计算分析;用Lanczos向量迭代法求解自振方程,研究了电站锅炉构架钢结构的自振特性;用反应谱法进行动力响应分析,计算结果表明,风载作用下结构的内力和变形较小,且满足设计规范要求。     

近场地震作用下巨-子隔震结构振动台试验

基于子框架隔震的巨-子结构可以解决高层隔震结构受限于高宽比限值的问题,现有研究主要集中在理论、数值分析及远场地震作用。该文设计制作了一个具有三个巨型结构层的巨-子结构实验模型,将铅芯隔震支座设置在子框架底部,对巨-子结构进行了近、远场地震作用下无控和有控的振动台对比试验。试验结果表明:在子框架与主框架的连接部位设置隔震层,对主框架的地震反应具有明显的调谐减震作用,对子框架的地震反应也具有显著的隔震作用;近场地震作用下主框架和子框架的地震反应都要大于相同场地的远场地震动。超设防烈度近场地震作用下,隔震子框架与主框架发生碰撞,对结构的舒适性和安全性产生不利影响。     

适用于优化建筑结构声振特性的多重模态减缩策略

建筑结构的声振特性是衡量建筑舒适性的重要指标之一,也是直接影响建筑使用寿命的重要因素,开展建筑结构声振特性优化的设计方法研究具有重要的工程意义。以建筑结构为研究对象,将其看作声固耦合系统——固体域为混凝土材质的楼板和墙壁板构成的长方体结构,结构内部腔体填满可压缩空气。引入分支模态发展了多重模态综合理论,建立了基于子结构固定界面模态、连接面分支模态和声学体自由子结构模态的减缩模型,极大地提升了声固耦合系统声振特性的分析效率;基于该减缩模型发展了一套建筑结构内部声压级优化方法,重点分析了建筑结构内部声压级与墙壁厚度、楼板-墙壁连接面上刚度之间的定量关系,并以腔体内部平均声压级为优化指标给出了优化策略。本文所提出方法和分析结果可为建筑结构声振特性的分析和设计提供参考。     

基于振动台的RTDHT试验及其在双层刚架结构上的应用

实时耦联动力试验(RTDHT)是一种将物理模型试验与数值求解计算实时耦联在一起的新型结构动力试验方法。该文基于振动台构建了振动台型RTDHT试验系统,并对其动力特性进行了研究。利用所构建的RTDHT试验系统,研究了一个双层刚架结构的自振特性及动力反应,其中上层框架为物理子结构,而下层框架为数值子结构,通过两部分之间的实时数据交互得到整体结构的动力响应。将双层刚架的RTDHT试验结果与CDM数值计算结果进行了对比,结果表明二者吻合较好,基于该试验系统的RTDHT试验具有较高的精度。     

斜拉索风致随机振动的计算机模拟

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件之一,由于其柔度大、质量小、阻尼小和自振频率低等特点,对风荷载比较敏感,在风载作用下极易发生振动,因此有必要对这种结构风振响应进行研究。通过在斜拉索有限元模型上导入随机风荷载,用计算机模拟斜拉索的风振响应,为进一步研究风振响应的控制打下基础。该方法可以节省研究成本,提高研究效率,对斜拉桥的设计具有一定的参考意义。     

巨-子型结构控制体系抗震性能的试验研究

研究开发了一种新型的高阻尼比减隔震支座,设计了一个与实际工程结构相接近的Y字型巨-子结构钢模型,并分别对传统巨-子型结构抗震体系和采用新型减隔震支座连接的控制体系进行了振动台试验。结果表明,与传统的巨-子型结构抗震体系相比,新型的巨-子结构控制体系在地震作用下的反应显著降低,具有良好的减震效果。由试验观察到的该控制体系减震机理与理论分析结果相吻合,可为工程设计和应用提供参考。     

Design of a mega-sub-controlled building system under stochastic wind loads

Vibration control of high-rise buildings under wind loads with application of the mega-sub-control method is studied in this paper. A building with a megasub-configuration consists of two major structural components - a megastructure as the main structural frame and several sub-structures for residential and/or commercial usage. The authors have previously proposed a ‘megasub-control method’ in which the sub-structures are designed to serve as vibration control dampers. The control objective is to suppress certain critical building responses such as inter-story drifts of the mega-structure for the purpose of structural safety and acceleration response of the sub-structures for the purpose of protecting contents and improving human comfort. The feasibility of this method has been explored by the authors in previous publications. In this study, the procedure of optimally designing dynamic parameters of a megasub-controlled building under stochastic wind loads is developed, together with two possible structural configurations which provide a mega-sub-control mechanism. The mega-structure of a mega-sub-building is modeled as a cantilever beam to retain the dominant bending mode characteristics of highrise buildings, and the sub-structure as a shear building to retain the shear mode. The fluctuating wind speed is modeled as a non-white random process in both time and space domains. The power spectral density (PSD) of critical building responses is obtained using the random vibration theory. The mean square value (MSV) of those responses, as functions of the dynamic parameters including the stiffness and damping ratio of the sub-structures, are evaluated from their PSD by numerical integration in the frequency domain. The optimal values of the dynamic parameters are determined by minimizing the MSV of certain critical building responses. An example building is used to demonstrate the design procedure and the numerical simulation of the response quantities in the time domain is carried out to verify the MSV of the building responses obtained from the random vibration theory in the frequency domain. The results show that the proposed design procedure is suitable to apply to a mega-sub-building with different sub-structural configurations. The MSV obtained from the random vibration theory in the frequency domain and from the numerical simulation in the time domain exhibit an excellent agreement. It is also found that the megasub-control method is robust in the sense that slight change in the dynamic parameters affects the building's performance very little. With the design procedure developed, and the corresponding favorable building response demonstrated, this paper has enhanced the feasibility of application of the mega-sub-control method to actual high-rise buildings for wind vibration suppression.     

某超高层建筑TMD风振控制分析

某超高层建筑总高度492m，风致振动将控制结构的荷载和舒适度。为减小风振响应，提高结构舒适度，拟在第90层设置两个相同调频质量阻尼器。将该超高层建筑简化为14质点多自由度体系，利用高频天平实验结果，在时域内计算了结构在受控与不受控情况下的风振响应，分析了调频质量阻尼器的控制效果，给出了设计方案。     

新型巨-子结构消能控制体系的动力特性及减震性能研究

基于旋转惯容阻尼器(Rotation Inertia Damper,RID)具有实际物理质量小,且能提供较大阻尼力的特点,提出将RID应用到巨型结构体系,形成RID-巨-子结构消能控制体系.通过建立RID-巨-子结构消能控制体系的振动微分方程,分析RID参数(等效质量和等效阻尼系数)对系统动力特性的影响规律.在此基础上...     

基于自由涡尾迹方法的大型风力机动态响应和尾迹研究

针对大型风力机,在当作柔性和刚性风力机时,可以通过气动和结构耦合动力学用来研究两者尾迹和载荷的区别。在设计和校核阶段,需要考虑风力机结构载荷影响的动态特性和气动性能变化。采用非定常自由涡尾迹方法计算尾迹形状和气动载荷。在考虑气动载荷、惯性载荷和重力载荷影响下,分析了叶片挥舞和摆振动态响应。采用模态法建立起风力机解耦动力学方程,并且进行数值求解该方程。结果表明:风力机考虑柔性变形后,对尾迹形状、动态响应和气动性能产生一定影响。这种柔性和刚体风力机的差异表明气动结构耦合效应对风力机的设计和性能计算具有重要意义。     

复杂工况下的大型风力机气动弹性响应和尾迹数值分析研究

在复杂工况下,大型风力机受到载荷更加严重,导致风力机气动和结构耦合响应问题更加明显。本文主要针对稳态偏航、动态偏航、风剪切和随机风速场等复杂工况,采用非定常自由涡尾迹方法计算尾迹形状和气动载荷,加入了复杂工况的模型,进行了动态失速模型和三维旋转效应模型修正。在考虑气动载荷、惯性载荷和重力载荷影响下,采用有限元法结合模态法建立起风力机解耦动力学方程,并且通过Newmark方法进行数值求解该方程。实现了复杂工况数值模拟计算,比较不同复杂工况的气动弹性响应结果。最后,得出大型风力机在复杂工况下的气动性能、载荷、动态响应和尾迹叶尖涡线特性,并计算出风力机在复杂工况下的迟滞时间。这为推进自由涡尾迹方法应用于大批工况载荷计算,以及提高大型风力机载荷计算精度和设计水平等具有重要意义。     

Tall Buildings with Dynamic Facade Under Winds

Burgeoning growth of tall buildings in urban areas around the world is placing new demands on their performance under winds. This involves selection of the building form that minimizes wind loads and structural topologies that efficiently transfer loads. Current practice is to search for optimal shapes, but this limits buildings with static or fixed form. Aerodynamic shape tailoring that consists of modifying the external form of the building has shown great promise in reducing wind loads and associated structural motions as reflected in the design of Taipei 101 and Burj Khalifa. In these buildings, corner modifications of the cross-section and tapering along the height are introduced. An appealing alternative is to design a building that can adapt its form to the changing complex wind environment in urban areas with clusters of tall buildings, i.e., by implementing a dynamic facade. To leap beyond the static shape optimization, autonomous dynamic morphing of the building shape is advanced in this study, which is implemented through a cyber–physical system that fuses together sensing, computing, actuating, and engineering informatics. This approach will permit a building to intelligently morph its profile to minimize the source of dynamic wind load excitation, and holds the promise of revolutionizing tall buildings from conventional static to dynamic facades by taking advantage of the burgeoning advances in computational design.     

巨型结构悬挂体系风振控制研究

建立了巨型结构悬挂体系风作用下控制微分方程和便于控制分析设计的分阶模态集结法降阶表达;给出了传递函数、响应功率谱、响应方差计算公式。研究表明,巨型结构悬挂体系可取得明显的减振效果：悬挂楼层频率与巨型结构频率的比值是最重要的参数,合适值主要确定于质量比;悬挂质量增大减振效果明显的频率比范围增大;增加悬挂楼层阻尼总是有利于提高减振效果：体系作为被动控制系统具有较好的鲁棒性。     

高层建筑风致响应和等效静力风荷载的特征

详细讨论了高层建筑风致振动和等效静力风荷载的计算方法及其特征。将结构风致响应分解为平均响应、动力响应的背景分量和共振分量,给出了相应的计算公式;还给出了背景和共振等效静力风荷载的计算公式,提出了等效静力风荷载组合的一种简便方法,并讨论了计算背景分量的QML法和LRC法的差异。最后,以一典型高层建筑为算例,讨论了高层建筑风致响应和等效静力风荷载的主要特征。     

自立式高耸结构风振控制方法研究

本文针对自立式高耸结构的风振控制装置及其设计方法开展研究。首先,根据自立式高耸结构的特点,设计了环形TMD、TLD和TLCD三种调频减振装置,并推导了其力学模型;随后,基于等效阻尼比的概念和我国规范的抗风设计方法,建立了自立式高耸结构风振控制的统一设计方法;最后,针对数值算例,进行了风振控制装置设计,并通过时程分析方法验证了该方法的有效性。研究结果表明,所设计的三种环形调频减振装置适用于自立式高耸结构的风振控制,建立的简化设计方法与时程分析的结果平均误差仅为5.37%,具有较高的精度,可用于自立式高耸结构的风振控制设计。