楼面阻尼器作用下高层钢框架结构振动控制研究

• 作 者: 黄浩
• 出 处: 中南林业科技大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 高层钢框架结构 楼面阻尼器 振动控制 有限元分析 优化设计

随着国家对生态环境的保护力度越来越大,钢结构由于具有节能减排及循环经济等方面的独特优势,被大量应用于现代建筑。但由于其材料高强轻柔的特性,导致钢结构的结构阻尼比较小,特别是高层钢框架结构在受到风荷载和地震荷载的作用下极易产生振动,结构容易发生疲劳损坏、局部失稳甚至造成结构整体的倒塌。由于振动会给结构的正常使用带来严重的安全隐患,因此对高层钢结构的振动控制已成为高层钢结构设计的重点。针对楼面阻尼器对高层钢框架结构的振动控制效果,本文主要做了以下研究工作:(1)运用SAP2000建立布置了楼面阻尼器的结构空间三维有限元模型。对原结构及受楼面阻尼器控制后的结构进行模态分析,得出阻尼器对结构模态的影响,并观察振型确定本文拟选用的荷载激励方向。为比较阻尼器不同布置方案的对结构振动控制效果的影响,预设三种阻尼器布置方案。(2)选用线性滤波法自回归模型,并根据随机振动理论,利用MATLAB依据AR模型的方法进行编程,得到作用在高层建筑结构上的脉动风时程数据,分析对比受风时程荷载作用下的原结构和受阻尼器控制下的结构的动力响应,验证楼面阻尼器的抗风效果,并对比三种方案得到其中的最佳方案,以最佳方案为基础,继续研究了质量比对阻尼器风振控制作用的一般规律。(3)依据抗震规范选取了三条地震波,对原结构和受阻尼器控制下的结构受地震激励下的动力响应进行时程分析,验证楼面阻尼器的抗震效果及其控制效果的一般规律,得到三种方案中的最佳方案。以此为基础,研究质量比对阻尼器地震控制作用的一般规律。(4)通过分析阻尼器的布置位置及质量比对其振动控制效果的影响,发现对此类顶部有大悬挑的高层钢框架结构,将阻尼器布置于结构顶层楼面的外侧,并适量增加阻尼器的质量比,可有效提高阻尼器的振动控制效果。利用研究所得规律,对本结构阻尼器进行优化设计,结果验证了分析得到的规律的准确性,可为今后类似高层钢框架结构TMD的设计布置提供参考。