考虑多高层结构弯曲效应的TMD的抗震控制研究

来源 :中国地震局工程力学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:reich_ss
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调谐质量阻尼器(TMD)是一种重要的结构振动控制手段。它用于风振控制有很好的效果,但是用于控制地震引起的结构振动时,TMD表现出的一些缺陷限制了它的抗震应用。为了更好地发挥TMD的抗震作用,需要克服这些缺陷,这依赖于对TMD更深入的研究。在对TMD的研究中,学者们常常用到单自由度模型和集中质量剪切层模型。其中剪切层模型是建筑结构领域常用的简化模型,但是剪切层模型忽略了结构整体的弯曲效应,考虑到TMD对频率的敏感性,另一种考虑了结构弯曲效应的简化模型——弯剪层模型,应该更适合于TMD的研究。弯剪层模型考虑了结构整体的弯曲效应,其对结构的频率特性的反映相较于剪切层模型势必更为准确,同时增加的自由度和计算量也不多。本文主要研究了考虑弯曲效应对TMD的控制效果的影响,主要研究工作和成果如下:(1)对同一结构建立不同的模型,包括剪切模型,弯剪模型和杆系模型,并进行相同地震动下的线性时程分析,比较三者的差异。结果显示弯剪模型和杆系模型的计算周期、位移时程趋势、最大值和均方根值都相近,而剪切模型的结果与其他二者相差明显。说明弯剪模型是精度更高的简化模型。(2)分别利用弯剪模型、剪切模型和杆系模型的计算周期设计TMD,再比较3个TMD的减振效果。为研究TMD控制效果,对相关模型进行了 6条不同卓越周期的地震动下的线性时程分析和不同场地分类对应的过滤白噪声下的功率谱分析。对所分析比较的多个结构响应来说,弯剪层模型设计的TMD与杆系模型设计的TMD的控制效果相近,且明显优于剪切模型设计的TMD减振效果,说明考虑结构的弯曲效应对于研究TMD是必要的,即弯剪模型是更适用于TMD研究的简化模型。(3)最后,本文利用弯剪模型研究了不同简谐基底激励频率下以及不同结构高宽比下,弯曲效应对TMD的控制效率的影响。结果显示,尽管弯曲效应对顶层位移的影响随高宽比的增加而增加,并且弯曲效应对TMD的控制效率在不同结构高宽比下都有显著影响,但弯曲效应对TMD控制效率的影响,并不如预期那样随结构高宽比的增加而单调增加。归根到底,TMD的减振效率跟荷载频率与结构频率的比值最相关。
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