高耸结构TMD风振控制参数优化研究

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1、广州大学硕士学位论文高耸结构TMD风振控制参数优化研究专业：建筑与土木工程硕士生：王侃指导教师：金建敏、刘彦辉摘要调谐质量阻尼器(TMD)作为一种减振消能装置，安装和维护价格很低，性能稳定可靠，适用范围广泛，已经在结构振动控制中得到广泛的应用。目前较多高耸结构采用TMD减振装置控制风荷载下结构的响应。TMD是由质量块、弹簧和阻尼系统组成，因此，TMD质量一定的情况下，它的频率比和阻尼比参数将影响TMD的控制效果。据此，本文基于高耸结构工程实例对TMD最优设计参数开展以下研究工作：(1)本文将高耸结构景观塔的三维有限元模型，简化为符合其动力特性的二维竖向串联多自由度体系。用柔度法求

2、解出用于结构振动控制分析的刚度矩阵，并对简化结构模型进行结构的动力特性分析，计算结果表明二维竖向串联多自由度体系和三维有限元模型的周期基本一致。(2)采用随机振动理论和振型叠加法，对景观塔进行了频域响应分析；采用自回归模型的线性滤波法(AR法)仿真得到了作用在景观塔上的31维互相关的人造脉动风压时程样本曲线，并对其进行了检验。利用所得到的脉动风压时程样本对景观塔进行了振动控制时程分析。结果表明，时域分析和频域分析的结果基本吻合，在脉动风荷载作用下景观塔的位移和加速度响应以第一振型为主。(3)提出了一种基于遗传算法，以结构减振系数为优化目标，以TMD的行程为约束条件的频域数值优化方

3、法。以实际高耸结构景观塔为算例通过和经典DenHartog优化公式设计TMD做对比，分别从对主结构控制效果和TMD动力考度分析，验证了本文优化设计方法的有效性。(4)针对强风作用下高耸结构-TMD体系TMD行程过大的问题，提出了一种新型控制策略——两级阻尼TMD。以高耸结构景观塔为算例，结果表明，在强风作用下，两级阻尼TMD切换到二级阻尼最优状态，能有效限制质量块的位移行程。同时，和一级I高耸结构TMD风振控制参数优化研究阻尼TMD有相同的控制效果；在弱风情况下，两级阻尼TMD切换到一级阻尼最优状态，比一级阻尼TMD有更好的控制效果。(5)针对试验钢框架模型，采用本文数值优化方法

4、设计的TMD参数的优化取值，设计出了电涡流阻尼TMD。首先，进行了试验模型的自由振动试验和白噪声扫描试验，得到试验模型的基本特性；其次，进行了TMD减振结构模型在El-centro波、Kobe波、Taft波和合成谐波作用下的振动台试验。研究表明，试验结果与仿真比较吻合，验证了本文数值优化方法的正确性。关键词：调谐质量阻尼器；高耸结构；脉动风荷载；遗传算法；振动台试验II广州大学硕士学位论文StudyonTMDParameterOptimizationonWind-inducedVibrationControlofHigh-riseStructureMajor:Constructi

5、onandCivilEngineeringName:KanWangSupervisor:JianminJin,YanhuiLiuAbstractTunedmassdamperasakindofvibrationenergydissipationdevice,hasbeenwidelyusedinstructuralvibrationcontrolbecauseofitslowinstallationandmaintenanceprices,stableandreliableperformanceandwiderangeofapplication.Atpresent,manyofh

6、igh-risebuildingsuseTMDcontrolwind-inducedvibration.TMDiscomposedofmass,springanddamper.ItsfrequencyratioanddampingratioparameterswillaffectthecontroleffectofTMD.Accordingly,basedontheanexistingprojectofhigh-risestructure,thispapercarriesoutthefollowingresearchworkontheoptimaldesignparameters

7、ofTMD:(1)Three-dimensionalfiniteelementmodeloftheobservationtowerissimplifiedtoatwo-dimensionalmulti-degree-of-freedomsystemwhichcorrespondstoitsdynamiccharacteristics.Thestiffnessmatricesforvibrationandcontrolanalysisissolvedbytheflexibility