高耸结构风振响应和振动控制的数值模拟.doc

高耸结构风振响应和振动控制的数值模拟 摘 要：由于高耸结构高度大，刚性柔，阻尼小等特点，使得风荷载成为其控制荷载。为了满足高耸结构的观光，通信和电力传输等需要，有必要对结构的风致振动进行控制。以某电视塔为例，建立其三维有限元几何模型，并计算其动力特性。基于谐波叠加法模拟的脉动风速时程样本，在时域内计算了结构顺风向的动力响应。根据结构自身特点布置了多个调频质量阻尼器(MTMD)控制装置并进行了参数优化，同时计算了考虑结构在MTMD控制下的动力响应，最后对控制效果进行评估。数值计算表明，采用MTMD装置可有效降低结构的动力响应。 关键词：高耸结构；风振响应；振动控制；数值模拟 中图分类号： 文献标识码： The Numerical Simulation of Wind-induced Vibration and The Vibration Control of The High-rise Structure Abstract:Because high-rise structures are commonly high and comparatively flexible with low damping, wind load is the dominant load on these structures. In order to satisfy the requirements of sightseeing, communications and power transmission, it is necessary to control the wind-induced vibration. Three-dimensional finite element model of a TV tower is established and its dynamic characteristic is calculated. Dynamic response is then computed in the time domain based on the simulated wind load time series by the harmonic superposition method. A layout of multiple tuned mass dampers(MTMD) is designed according to the feature of the structure and a parameter optimization of MTMD is performed. Then wind-induced response of the structure is studied under the control of MTMD and the control efficiency is evaluated. The results show that the response of structure is decreased under the control of MTMD. Keywords:High-rise structure; Wind-induced response; Vibration control; Numerical Simulation高耸结构是一种特殊的结构形式，具有高度高，刚度柔，阻尼小，外形细长等特点，广泛应用于广播电视、电力和通信等领域。高耸结构细长的特征决定了其在风荷载作用下易产生较大的振动，因而对风荷载的作用比较敏感，因此对高耸结构而言，风荷载是其控制荷载。通常结构的风振响应可以从频域和时域两方面来分析，虽然频域法在工程中应用广泛，但它不能给出结构的瞬态反应，也不能分析非线性结构；相比于频域法，时域法能进行较精确的非线性分析，结构的响应时程可以直接求出[1]。因此为获取高耸结构的非线性风振响应，需要在准确模拟风荷载的基础上，采用时域法进行结构的响应分析。另一方面，随着高耸结构形式的增多，高度的增加，结构柔度变大，结构的顶部位移和加速度相应增加。而有些电视塔还具有观光和通讯的功能，所以为了使游客具有一定舒适感和控制顶部天线段的位移值保证正常发射信号，必须控制结构在风荷载下的振动和变形。因此，一些研究者提出了对结构进行振动控制[2]的概念，其原理可概括为：在不单纯增强结构自生刚度的条件下，利用控制装置被动或主动地对结构施加一组控制力，从而减缓结构在强风作用下的振动变形。实践证明它能有效控制结构的振动，同时控制装置的费用要远比单方面增加建筑材料要少，是非常经济的。高耸结构多采用被动耗能减振装置，最常用的是调频质量阻尼器（TMD），目前应用较多的是能够在较宽的频带