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本文基于河南艺术中心标志塔的工程背景,对利用悬吊式调频质量阻尼器(TMD)对高耸结构顺风向风振响应控制进行了分析,研究了TMD参数对控制效果的影响,并对用于工程TMD的最优参数。针对目前TMD控制装置的缺点,本论文研制了新型的悬吊式TMD减振控制装置,并对本工程采用的TMD控制装置进行了构造和构件参数设计,以直接用于工程实践。
目前的风振响应控制计算多基于对实际结构简化的多质点模型,计算精度难以保证。由于TMD控制对频率比的敏感性,简化模型的与真实结构动力特性的微小偏差可能导致由此设计出的TMD的实际控制效果大大降低。本论文对高耸结构的顺风向风振响应和TMD控制模拟计算完全基于精确的三维实体模型,降低了采用简化模型计算引起的误差,提高了TMD控制参数选优的准确性。
本论文根据Davenport脉动风速谱生成的结构的顺风向脉动风荷载时程样本,加载该结构的三维模型上,通过对TMD风振响应控制全程时域模拟计算,对TMD控制参数进行了选优,并与频域分析结果进行比较。计算结果表明,在本论文选取的TMD控制参数下,该塔顺风向脉动风振的顶点最大位移降低达40%以上。地震分析表明,所采用的TMD装置对该塔的地震反应也有良好的减振效果。本论文针对目前TMD装置的缺点进行改进,本文研制了新型的悬吊式TMD控制装置。该装置可以稳定有效地进行减振控制,根据需要可以方便对TMD的三项主要控制参数(质量、频率和阻尼比)进行调整,并能长期使用而无需检修,从而提高了悬吊式TMD的适用性。该悬吊式TMD控制装置已申请了国家发明与实用新型专利。本文完成在了应用于该塔的TMD控制装置的构造形式和构件参数的计算设计,将直接用于工程实践。
通过计算表明,与传统的增大截面刚度的抗风方法相比,本论文设计的新型悬吊式TMD具有良好的经济效益。该TMD装置构造简单,稳定性和持久性好,可以在高耸结构特别是塔式高耸结构中推广。