摩天轮结构风振控制的研究.pdf

摘要 摘要 随着我国经济的持续发展和体闲娱乐业的快速兴起，摩天轮正在全国各地 不断涌现。摩天轮是高耸结构的一种特殊形式，与一般高耸结构是有较大区别 的。其作为一项重要工程，除了满足一般高耸结构的强度、刚度和稳定性外， 特别需要满足结构的变形和舒适度的要求。采用被动振动控制既可以满足以上 要求，又可以降低工程造价。虽然对被动控制的各类控制技术自身性能研究相 对成熟，并且在多高层建筑、高耸结构、桥梁结构中得到了广泛应用，然而到 目前为止尚未发现有关摩天轮结构振动控制的理论研究文献，这与我国正兴起 的建造摩天轮的热潮是很不协调的，迫切需要研究。故此，本文在总结前人振 动控制分析理论成果的基础上，提出了更适合于摩天轮结构的振动控制方式和 技术。通过上海之星摩天轮工程实例的计算分析得到一些有益结论。具有重要 的理论价值和实践指导意义。 本文首先提出了一种不同于以往传统摩天轮的新颖摩天轮结构形式一一 “指环型摩天轮”，利用结构分析程序SAP2000建立了非线性有限元分析模型。 用整体空间桁架法和子空间迭代法对摩天轮进行了静力和动力有限元的计算和 分析。 为了研究摩天轮结构的风振响应和风振控制，需要模拟自然风的特性。本 文采用Davenport风速谱，利用谐波合成法并考虑摩天轮结构风速谱随竖向位 置变化的特点，来模拟摩天轮结构的多变量互相关水平脉动风荷载时程曲线。 在此基础上，采用隐式的Newmark积分法对摩天轮结构进行时域分析，计算结 构的风振时程响应。并对随机风振响应进行统计分析，得到结构主要部位响应 的均值、均方根值及功率谱。 TMD是目前在高耸结构振动控制中应用最广泛的一种控制装置。本文根据 TMD控制原理和摩天轮自身特点，提出了在摩天轮结构中用MTSD控制代替 TMD控制，既解决占用空间的问题。又可伟置多个，使控制点与结构振型最大 点重合，提高控制效果。通过计算MTSD控制下摩天轮结构的响应，然后与菲 控结构的比较分析，验证了这种设计策略的可行性。 VED(粘弹性阻尼器)是一种耗能减振装置，利用其体积小而效果好、构 造简单和造价低廉且在低水平的振动力作用下就可以开始工作的特点，本文在 摘要 研究VED对摩天轮结构的风振控制理论和对VED的参数进行分析后，在摩天 轮结构中采用VED控制，这是目前所有摩天轮结构振动控制中所首创，最后结 合上海之星摩天轮的实际情况，设计了VED装置，通过对粘弹性材料参数、VED 的刚度和阻尼系数等参数的确定并进行优化，用VED计算模型对摩天轮结构的 风振反应进行分析，验证了VED减振效果。 根据MTSD和VED各自控制效果的研究，此外再根据摩天轮结构动力特性 和在风荷载作用下主要表现为侧向运动，本文最后提出了用MTSD和VED对摩 天轮结构联合控制，通过有限元时程分析，得到联合控制的减振结果，完全满 足结构变形和舒适度的要求，为今后此类结构的振动控制提供了有益的参数。 最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。 ( 关键词：摩天轮，舒适度，整体空间桁架法，模态分析，谐波合成法，时域法， Newmark积分法，振动控制，多点调频弹簧阻尼器，粘弹性阻尼器，联 合控制 II abstract ABSTRACT Witllthe of and riseof 0111countryeconomyrapid sustainingdevelopment entertainment allaroundthe leisure wheelisbecomingpopular industry,Ferris