地震作用下高层结构建筑振动控制

地震作用下高层结构建筑振动控制分析摘要：通过对高层结构楼板振动的控制研究，分析了在高层结构中设置减震耗能装置(TMD)对结构楼板加速度的影响，证明了在建筑物顶层施加TMD装置可以减小结构在地震作用下的加速度响应。关键词：振动控制；TMD；高层结构；加速度1引言如何采取经济、高效、可靠的措施来减少地震所造成的损失，已成为众多学者和工程师极为热衷研究的课题。高层结构在地震作用下产生振动，会使人们感到不舒适，从而影响建筑物的正常使用。并且，对舒适度的研究表明，弯曲振动时，起决定作用的是所考虑点的最大加速度值［1］，因此，在研究地震作用下高层建筑楼板振动时，加速度响应的最大值起决定作用。本文利用MATLAB编程计算了有控条件下与无控条件下楼板加速度响应的最大值，并进行分析比较，证明了在结构顶层施加TMD装置能够减小地震作用下的楼板加速度响应。2结构振动控制方法结构振动控制是研究建筑物在动力荷载作用下，控制结构状态反应(速度、加速度、能量反应等)的理论和方法，它以结构的减振为研究目的，可以划分成主动控制、混合控制和被动控制。本文主要采用被动控制中的调谐质量阻尼器（TMD）对高层楼板进行研究。在建筑物顶层设置TMD装置来控制结构的动力响应，使结构的动力响应数值控制在一定的范围内是一种有效的结构控制方法。它最早是由DenHarton在40年代提出的，目前有两种形式：悬吊式和支撑式两种。图1所示的悬吊式TMD系统，是将质量块悬吊在结构上，并将弹簧和阻尼器系统设置在悬吊的质量块与结构之间。图2所示的支撑式TMD系统，是将质量块用摩擦系数极小的支撑系统支撑在结构上，并将弹簧和阻尼器系统设置在支撑的质量块与结构之间。目前，利用TMD对高层结构进行位移控制研究的较多，而利用TMD对高层结构的加速度控制研究的较少，本文将利用支撑式TMD对高层结构加速度响应进行振动控制研究。图1悬挂式TMD系统图2支撑式TMD系统3TMD－结构的动力平衡方程3.1单自由度结构体系TMD－结构的动力平衡方程TMD主结构动力平衡方程陷挽疤牵傍传屋（嫌1吊）虫式中：念m德―阴―竟主结构的质量塑；还c晒―看―狮主结构的阻尼粒；呈k弯―荡―含主结构的刚度件；笼y尽―旷―爆主结构的位移滋；僚f熄T批(撤t)珠―袋―誓结构在振动过每程中所受到的丝控制力；凭p(t锯)公――戴结构所受到的僻等效地震力。棒TM贼D朴子结构动力平旋衡方程置凶怒络要躲（垒2鞭）墨式中：金m饭T省―壁―蔑TM中D故系统的质量；首y阴T惩―吨―泛TM蚂D董系统的位移；帅c胀T奴―利―准TM耗D逝系统的阻尼；童k症T钉―抄―苏TM加D董系统的刚度。王3.刘2科多自由度体系探的展TM昌D桶－结构动力平悔衡方程祥TM蛇D种主结构动力平撕衡方程巨掌箭咐裕体（监3锻）佩式中：［适m端］尿―算―煤主结构的质量玩阵，协［渐c井］利―寄―喉主结构的阻尼兵阵；轮［眼k有］换―敲―椒主结构的刚度刑阵；哗［厚y拼］说―劣―倡主结构的位移姥阵；饺［钳p(t)歪］针―睛―狂结构的等效地疫震力；据［辰f农T抛(t嗽)丝］迅―族―认结构在振动过煮程中所受到的维控制力。畏TM虾D晴子结构动力平蜘衡方程宿椅亩绪堆禾羡（棉4截）绘式中：工m锦T剃―率―意TM尤D钥系统的质量；漏y割T暗―丸―昂TM倚D死系统的位移；差c献T障―姑―茅TM姑D样系统的阻尼；版k孟T四―呢―斤TM寸D剥系统的刚度。4计算实例舅算例哥舱碎某混凝土框辫架器1使2培层，层高均为予4m凯，寻1夸至悔6乱层层质量辽为岁9勿.驳545×炸10千4敬Kg犬，躬7债至感1预1侨层层质量拦为察9.145×引10告4障Kg溪，误1悦2猛层层质量衫为厦8.735×勤10毕4座Kg产，后1量至么6眠层层间刚度圾为敢1.2006历×10遵8妨N/乓m誓，来7济至语1抹2币层层间刚度浩为强5.506×边10千7碎N/花m伍，结构周寿期庸1.55植s凡，利至用纠MATLA昆B鸦编程计算在地城震作用下的结邮构的动力响反奉应，得到结构捉最大位移为寨0.0342悔mm亮，最大加速度音＝缸0.342m茄/s锅2灶>怖[辽]浆＝择0.30m谈/s鉴2染，不满足舒适师度的要抱求获;辞在结构顶层加科上率TM廊D展后，其中对，羞TM呆D岩质量搅为唇4.4692赶×元10盟4楼Kg批，结构的最大汤位移挨0.0167最mm企，梢结构的最大加腿速度咐＝膛0.167解m遣/s瑞2降<[乱]追＝腥0.30m趣/s见2砍，满足舒适度寺要求，其中，壮位移的减振率惑为芒51.17束%纸，加速度的减萌振率羊为声51.10似%员，证明附了糟TM峡D谎有比较明显的舞减振效果。吵图誉3上或有控及无控位糟移时程曲线庸图挪4金睁有控及无控加厅速度时程曲线5结论抚通过对高层建照筑在地震作用泡不巩加喉TM泪D阁装置与谅加暂TM尘D贝装置后的加速覆度数值进行比蠢较分析，证明基了在建筑物顶郑层施题加乱TM躁D腹装置可以减小铲结构在地震作款用下的加速度愈响应。因此，炕在高层结构中倒可以在结构顶谷层设旋置说TM秤D脂装置，能达到炒一定的减振效成果，满足高层杂结构使用的舒剂适度要求。参考文献：裁[1]吼李春祥，熊学么玉，胡俊生证．捡TMD包-哈高层钢结构系慰统按规范抗风畅设计方法朴[J]挠．工业建筑罗，渠200间0赚，农30(4)景，券1-4稿[2]秧张相庭．高层爆建筑抗风抗震灰设计计算泄[M]章．上海：同济绩大学出版社糕，惊1996萌[3]家正衰蔡丹绎等．合鉴肥电视困塔毛TMD扶融风振控制的响布应分析爽[J]模．工程力学岭，继200炮1违，吐18(3熄)毕，丘53-80尾[4]卵李宏男，闫石棍．中国结构控恳制的研究与应貌用计[J]狗．地震工程与袖工程振动茧，意1999悦，虎19(1费)店，芦107-11乎2柜[