地震作用下高層結構建筑振動控制

地震作用下高層結構建筑振動控制分析摘要：通過對高層結構樓板振動的控制研究，分析了在高層結構中設置減震耗能裝置(TMD)對結構樓板加速度的影響，證明了在建筑物頂層施加TMD裝置可以減小結構在地震作用下的加速度響應。關鍵詞：振動控制；TMD；高層結構；加速度1引言如何采取經濟、高效、可靠的措施來減少地震所造成的損失，已成為眾多學者和工程師極為熱衷研究的課題。高層結構在地震作用下產生振動，會使人們感到不舒適，從而影響建筑物的正常使用。并且，對舒適度的研究表明，彎曲振動時，起決定作用的是所考慮點的最大加速度值［1］，因此，在研究地震作用下高層建筑樓板振動時，加速度響應的最大值起決定作用。本文利用MATLAB編程計算了有控條件下與無控條件下樓板加速度響應的最大值，并進行分析比較，證明了在結構頂層施加TMD裝置能夠減小地震作用下的樓板加速度響應。2結構振動控制方法結構振動控制是研究建筑物在動力荷載作用下，控制結構狀態(tài)反應(速度、加速度、能量反應等)的理論和方法，它以結構的減振為研究目的，可以劃分成主動控制、混合控制和被動控制。本文主要采用被動控制中的調諧質量阻尼器（TMD）對高層樓板進行研究。在建筑物頂層設置TMD裝置來控制結構的動力響應，使結構的動力響應數(shù)值控制在一定的范圍內是一種有效的結構控制方法。它最早是由DenHarton在40年代提出的，目前有兩種形式：懸吊式和支撐式兩種。圖1所示的懸吊式TMD系統(tǒng)，是將質量塊懸吊在結構上，并將彈簧和阻尼器系統(tǒng)設置在懸吊的質量塊與結構之間。圖2所示的支撐式TMD系統(tǒng)，是將質量塊用摩擦系數(shù)極小的支撐系統(tǒng)支撐在結構上，并將彈簧和阻尼器系統(tǒng)設置在支撐的質量塊與結構之間。目前，利用TMD對高層結構進行位移控制研究的較多，而利用TMD對高層結構的加速度控制研究的較少，本文將利用支撐式TMD對高層結構加速度響應進行振動控制研究。圖1懸掛式TMD系統(tǒng)圖2支撐式TMD系統(tǒng)3TMD－結構的動力平衡方程3.1單自由度結構體系TMD－結構的動力平衡方程TMD主結構動力平衡方程陷挽疤牽傍傳屋（嫌1吊）蟲式中：念m德―陰―竟主結構的質量塑；還c曬―看―獅主結構的阻尼粒；呈k彎―蕩―含主結構的剛度件；籠y盡―曠―爆主結構的位移滋；僚f熄T批(撤t)珠―袋―誓結構在振動過每程中所受到的絲控制力；憑p(t鋸)公――戴結構所受到的僻等效地震力。棒TM賊D樸子結構動力平旋衡方程置兇怒絡要躲（壘2鞭）墨式中：金m飯T省―壁―蔑TM中D故系統(tǒng)的質量；首y陰T懲―噸―泛TM螞D董系統(tǒng)的位移；帥c脹T奴―利―準TM耗D逝系統(tǒng)的阻尼；童k癥T釘―抄―蘇TM加D董系統(tǒng)的剛度。王3.劉2科多自由度體系探的展TM昌D桶－結構動力平悔衡方程祥TM蛇D種主結構動力平撕衡方程巨掌箭咐裕體（監(jiān)3鍛）佩式中：［適m端］尿―算―煤主結構的質量玩陣，協(xié)［漸c井］利―寄―喉主結構的阻尼兵陣；輪［眼k有］換―敲―椒主結構的剛度刑陣；嘩［厚y拼］說―劣―倡主結構的位移姥陣；餃［鉗p(t)歪］針―睛―狂結構的等效地疫震力；據(jù)［辰f農T拋(t嗽)絲］迅―族―認結構在振動過煮程中所受到的維控制力。畏TM蝦D晴子結構動力平蜘衡方程宿椅畝緒堆禾羨（棉4截）繪式中：工m錦T剃―率―意TM尤D鑰系統(tǒng)的質量；漏y割T暗―丸―昂TM倚D死系統(tǒng)的位移；差c獻T障―姑―茅TM姑D樣系統(tǒng)的阻尼；版k孟T四―呢―斤TM寸D剝系統(tǒng)的剛度。4計算實例舅算例哥艙碎某混凝土框辮架器1使2培層，層高均為予4m凱，尋1夸至悔6亂層層質量遼為歲9勿.駁545×炸10千4敬Kg犬，躬7債至感1預1僑層層質量攔為察9.145×引10告4障Kg溪，誤1悅2猛層層質量衫為廈8.735×勤10畢4座Kg產，后1量至么6眠層層間剛度圾為敢1.2006歷×10遵8妨N/乓m誓，來7濟至語1抹2幣層層間剛度浩為強5.506×邊10千7碎N/花m伍，結構周壽期庸1.55植s凡，利至用糾MATLA昆B鴉編程計算在地城震作用下的結郵構的動力響反奉應，得到結構捉最大位移為寨0.0342悔mm亮，最大加速度音＝缸0.342m茄/s鍋2灶>怖[遼]漿＝擇0.30m談/s鑒2染，不滿足舒適師度的要抱求獲;辭在結構頂層加科上率TM廊D展后，其中對，羞TM呆D巖質量攪為唇4.4692趕×元10盟4樓Kg批，結構的最大湯位移挨0.0167最mm企，梢結構的最大加腿速度咐＝膛0.167解m遣/s瑞2降<[亂]追＝腥0.30m趣/s見2砍，滿足舒適度寺要求，其中，壯位移的減振率惑為芒51.17束%紙，加速度的減萌振率羊為聲51.10似%員，證明附了糟TM峽D謊有比較明顯的舞減振效果。吵圖譽3上或有控及無控位糟移時程曲線庸圖挪4金睜有控及無控加廳速度時程曲線5結論撫通過對高層建照筑在地震作用泡不鞏加喉TM淚D閣裝置與諒加暫TM塵D貝裝置后的加速覆度數(shù)值進行比蠢較分析，證明基了在建筑物頂鄭層施題加亂TM躁D腹裝置可以減小鏟結構在地震作款用下的加速度愈響應。因此，炕在高層結構中倒可以在結構頂谷層設旋置說TM秤D脂裝置，能達到炒一定的減振效成果，滿足高層雜結構使用的舒劑適度要求。參考文獻：裁[1]吼李春祥，熊學么玉，胡俊生證．撿TMD包-哈高層鋼結構系慰統(tǒng)按規(guī)范抗風暢設計方法樸[J]撓．工業(yè)建筑羅，渠200間0賺，農30(4)景，券1-4稿[2]秧張相庭．高層爆建筑抗風抗震灰設計計算泄[M]章．上海：同濟績大學出版社糕，驚1996萌[3]家正衰蔡丹繹等．合鑒肥電視困塔毛TMD扶融風振控制的響布應分析爽[J]模．工程力學嶺，繼200炮1違，吐18(3熄)畢，丘53-80尾[4]卵李宏男，閆石棍．中國結構控懇制的研究與應貌用計[J]狗．地震工程與袖工程振動繭，意1999悅，虎19(1費)店，蘆107-11乎2柜[