TLCDI及MTLCDI阻尼器控制连体超高层建筑风振响应研究

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近几年,连体建筑作为一种外形美观、结构灵活的新型超高层建筑形式得到广大设计师的青睐。在强风荷载作用下,部分风向角下连体建筑也许会出现较大风振响应。因此,各种阻尼器被用于连体超高层建筑的风振响应控制。近年出现名为惯容器的双终端元件,其出力与惯容器两端连接的相对加速度成正比。惯容器与TMD组成的TMDI在振动抑制方面的应用已经有许多研究:当惯容器连接的两端相对加速度越大,TMDI控制振动效果就越好。调谐液柱惯容阻尼器(TLCDI)是基于调谐质量惯容阻尼器(TMDI)控制性能的进一步探索。TLCDI相较于TMDI其优点表现为:TLCDI阻尼器中的液体不仅具有减振功能,而且可供建筑日常使用或消防用水使用。本文基于连体建筑相对振动较大的特性和惯容器的性能,提出了单个以及多个调谐液柱惯容阻尼器(MTLCDI)以用于连体超高层建筑控制风振响应。本文基于一个连体超高层建筑工程实例,通过同步多点测压风洞试验获得的荷载时程,对TLCDI和MTLCDI控制连体超高层建筑风致振动响应进行了分析研究,主要内容及结论如下:(1)本文首先根据建筑各层的侧移刚度和集中质量,建立了风荷载作用下非线性的TLCDI控制连体超高层建筑的运动方程。采用等效线性化方法对TLCDI控制结构运动方程中的非线性阻尼项进行等效线性化,用数值方法对等效线性化方法的结果进行了验证,证明了等效线性化方法的可靠性。(2)基于高度分别为268.0 m和210.2 m的一栋连体超高层建筑实例,及其多点同步测压试验数据,计算了其风振响应。通过多目标约束优化,得到了TLCDI的最优参数,根据参数计算TLCDI的减振效果,并与优化后的多重调谐液柱阻尼器(MTLCD)的减振效果比较。分析结果表明:优化的TLCDI对各个风向角下连体超高层建筑的加速度响应控制效果显著,且能控制TLCDI所在的建筑1(268.0 m)的位移响应,而对建筑2(210.2 m)的位移响应控制效果并不显著。但与未控制的结构的响应相比,在部分风向角下TLCDI控制的位移响应会有增大的情况。同时TLCDI的质量比MTLCD更小,并且TLCDI的控制效果更佳。(3)考虑单个水箱对单栋建筑物负担较大,且连体超高层建筑可能装有多个水箱,因此进一步研究用多个TLCD与惯容器结合组成MTLCDI的控制性能。由于MTLCDI的运动方程比TLCDI具有更强的非线性,本文首先验证了等效线性化方法对MTLCDI的可靠性,其次对MTLCDI参数进行多目标优化,最后分析它对位移和加速度的控制效果。结果表明:MTLCDI能有效控制连体超高层建筑在各个风向角下的风致加速度响应,也能控制建筑1的位移响应,但对建筑2的位移响应控制效果并不明显。与TLCDI相比,MTLCDI的控制效果基本一致,但MTLCDI中单个阻尼器质量更小。
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