新型伸臂加强层阻尼体系的风振控制研究

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随着建筑物高度的增加,建筑结构的刚度和阻尼变得越来越小,导致结构地震和风振效应愈加明显。传统的结构设计通过设置加强层等增加结构侧向刚度的方法来抵御地震荷载及风荷载,但同时引起了结构刚度和内力的突变,并易形成薄弱层。因此,通过附加控制装置来减小水平荷载引起的结构响应已成为高层建筑发展的重要方向。加强层阻尼体系作为一种新型的耗能减振系统,将加强层与外框架柱断开,利用两者之间较大的位移差来布设粘滞阻尼器,具有非常良好的减振效果。本文在前人研究的基础上,提出了伸臂加强层阻尼体系的新的简化模型,从振动控制和加强层两个方面对其风振控制效果进行了研究,并提出其位置优化的实用算法。主要完成了以下工作:首先,本文考虑周边框架对核心筒的约束作用,将核心筒简化为底部固支的铁木辛柯梁,并推导出该控制系统的运动学方程。通过模型参数分析,初步了解了这一新型减振体系的主要特性,并对带单个伸臂加强层阻尼体系的某高层建筑风振控制效果进行了数值仿真分析。算例表明,加强层阻尼体系在结构风振控制中取得了非常良好的控制效果。其次,将加强层阻尼体系的风振控制效果与传统加强层结构的控制效果进行对比探讨,得出了一些有意义的结论。根据两种体系在风振控制中的特性,基于“有限刚度”加强层理论,提出了带多个加强层与加强层阻尼体系的抗风结构。数值分析表明,当结构整体刚度不足时,带多个加强层与加强层阻尼体系可以在风振控制中获得更加良好的表现。最后,基于结构拓扑优化理论,根据加强层和阻尼器位置优化的一些理论,并结合加强层阻尼体系的特性,提出了多个传统加强层与加强层阻尼体系的位置优化实用算法。算例分析表明,相对于逐步逼近法得到的最优布置,该算法不仅简单实用,而且可以和最优布置获得几乎一样好的控制效果。
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