高耸结构风振响应和振动控制的数值模拟

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1、高耸结构风振响应和振动控制的数值模拟摘要：由于高耸结构高度大，刚性柔，阻尼小等特点，使得风荷载成为其控制荷载。为了满足高耸结构的观光，通信和电力传输等需要，有必要对结构的风致振动进行控制。以某电视塔为例，建立其三维有限元儿何模型，并计算其动力特性。基于谐波叠加法模拟的脉动风速时程样本，在时域内计算了结构顺风向的动力响应。根据结构自身特点布置了多个调频质量阻尼器（MTMD）控制装置并进行了参数优化，同时计算了考虑结构在MTMD控制下的动力响应，最后对控制效果进行评估。数值计算表明，采用MTMD装置可有效降低结构的动力响应。关键词：

2、高耸结构；风振响应；振动控制；数值模拟中图分类号：文献标识码：TheNumericalSimulationofWind-inducedVibrationandTheVibrationControlofTheHigh-riseStructureAbstract:Bccauschigh-risestructuresarccommonlyhighandcomparativelyflexiblewithlowdamping,windloadisthedominantloadonthesestructures.Inordertosatis

3、fytherequirementsofsightseeing,communicationsandpowertransmission,itisnecessarytocontrolthewind-inducedvibration.Three-dimensionalfiniteelementmodelofaTVtowerisestablishedanditsdynamiccharacteristiciscalculated.Dynamicresponseisthencomputedinthetimedomainbasedonthesi

4、mulatedwindloadtimeseriesbytheharmonicsuperpositionmethod・Alayoutofmultipletimedmassdampers(MTMD)isdesignedaccordingtothefeatureofthestructureandaparameteroptimizationofMTMDisperformed.Thenwind-inducedresponseofthestructureisstudiedunderthecontrolofMTMDandthecontrole

5、fficiencyisevaluated.TheresultsshowthattheresponseofstmetureisdecreasedunderthecontrolofMTMD.Keywords:High-nsestructure;Wind-inducedresponse;Vibrationcontrol;NumericalSimulation高耸结构是一种特殊的结构形式，具有高度高，刚度柔，阻尼小，外形细长等特点，广泛应用于广播电视、电力和通信等领域。高耸结构细长的特征决定了其在风荷载作用下易产生较大的振动，因而对风荷

6、载的作用比较敏感，因此对高耸结构而言，风荷载是其控制荷载。通常结构的风振响应对以从频域和时域两方面來分析，虽然频域法在工程中应用广泛，但它不能给出结构的瞬态反应，也不能分析非线性结构；相比于频域法，时域法能进行较精确的非线性分析，结构的响应时程可以直接求出⑴。因此为获取高耸结构的非线性风振响应，需要在准确模拟风荷载的基础上,采用时域法进行结构的响应分析。另一方面，随着高耸结构形式的增多，高度的增加，结构柔度变大，结构的顶部位移和加速度相应增加。而有些电视塔还具有观光和通讯的功能，所以为了使游客具有一定舒适感和控制顶部天线段的位移

7、值保证正常发射信号，必须控制结构在风荷载下的振动和变形。因此，一些研究者提出了对结构进行振动控制⑵的概念，其原理对概括为：在不单纯增强结构自生刚度的条件下，利用控制装置被动或主动地对结构施加一组控制力，从而减缓结构在强风作用下的振动变形。实践证明它能有效控制结构的振动，同时控制装置的费用要远比单方面增加建筑材料耍少，是非常经济的。高耸结构多采用被动耗能减振装置，最常用的是调频质量阻尼器（TMD）,目前应用较多的是能够在较宽的频带里控制结构的响应的mtmd35］控制系统，因此如何优化MTMD控制系统的参数是研究的主耍问题。本文以某

8、电视塔为例，利用ANSYS14.0通用有限元软件建立了三维有限元几何模型，计算其动力特性。采用谐波叠加法模拟了脉动风速的时程样本，在时域内计算了结构的顺风向的动力响应。根据风振响应的模拟结果，在结构上加入TMD阻尼器，考虑TMD在MDOF结构中的位置和结构振型的