摘要：近年来随着我国经济的迅速发展,轻质高强材料的大量应用,高层建筑和高耸结构正朝着高度越来越高、细长化、...近年来随着我国经济的迅速发展,轻质高强材料的大量应用,高层建筑和高耸结构正朝着高度越来越高、细长化、轻质高强、阻尼小的方向发展,导致上述结构刚度较柔,对风荷载越来越敏感,在强风荷载作用下的侧移和风致加速度明显增大,风荷载往往成为控制此类高柔建(构)筑物结构设计的主要控制荷载。为控制超高层建筑和高耸结构在强风作用下产生过大的风致侧移和风致加速度,以满足规范对上述结构在强风作用下的变形及舒适度要求。本文把地震工程中常用的摩擦摆(Fricition Pendulum Syetem,FPS)隔震系统和常用的调频质量阻尼器(Tunned Mass Damper,TMD)被动控制系统有机结合,形成一种新型的摩擦摆调谐质量阻尼器(FPS-TMD)被动控制系统。放置在高层建筑与高耸结构顶部,来达到对主体结构进行风振控制的目的。在对FPS-TMD系统本身的静动力学特征进行理论分析的基础上,本文对高耸结构顶部设置此新型FPS-TMD系统,在风荷载作用下的风振响应理论进行了详细而系统的理论分析和推导。并结合本论文的理论分析成果,以高耸结构广州新电视塔为实例,在对其顺风向脉动风荷载进行模拟的基础上,采用此高耸结构的竖向集中质量多自由度简化模型和三维整体有限元模型,对此高耸结构顶部假设设置FPS-TMD的风振控制效率进行了较为系统的分析,并对采用两类有限元模型进行风振控制的分析结果进行了对比。本文主要研究的内容如下:对摩擦摆调谐质量阻尼器(FPS-TMD)系统的力学特征、自治动力特性进行了相关研究及部分计算公式的推导,阐明了FPS-TMD系统自身的静动力学特性。在此基础上推导建立了多高层结构顶部带FPS-TMD系统与主体结构相结合的结构体系,在风荷载作用下的风致时程动力分析的相关数值方法及动力分析策略。利用谐波叠加法,结合对广州新电视塔进行风洞实验的分析结果,利用准定常假定对与主体结构的顺风向荷载进行数值模拟,应用广州新电视塔的竖向集中质量多自由度简化模型。假设其顶部设置FPS-TMD被动控制系统,通过选用FPS-TMD系统的不同参数,如FPS-TMD系统质量、滑道半径、不同摩擦系数模型等,对此高耸结构进行了风振响应及风振控制效率的参数化分析。数值分析表明通过选用适当的FPS-TMD系统参数,对主体结构的风振位移和风致加速度控制效率明显。通过对大型通用有限元软件SAP2000的摩擦摆隔振阻尼器单元,进行改进和扩充,采取一系列分析工况的组合,实现了利用SAP2000软件,进行高层建筑和高耸结构顶部设置FPS-TMD系统的风振时程动力分析方法。同时采用广州新电视塔三维整体有限元模型,选用多种不同的风振控制模型,对此高耸结构进行了在选用不同模型工况下的风振响应及风振控制效率分析,对各类不同分析工况下的风振控制结果进行了对比分析。采用三维有限元整体模型的数值分析表明,用多重质量块的FPS-MTMD系统,以及设置双向FPS-TMD系统后,对本文中所涉及的分析工况而言风振控制效率接近。但设置双向FPS-TMD系统时,可以有效抵御来自包括顺风向和横风向荷载的共同作用。通过本文综合分析表明,本文提出的FPS-TMD系统可以有效地减少风荷载对主体结构的风致振动响应,同时FPS-TMD系统因为具有良好的稳定性和自复位、自限位功能。FPS-TMD系统作为一种有效的被动减振装置,可以有效地利用于高层建筑和高耸结构的风振控制体系中。更多还原显示全部
