1。4  高耸结构振动控制的研究现状

1。5  本文的主要工作

本文参考大量国内外关于高耸结构风振控制的文献，分别建立了高耸结构在有无安装MTMD的运动微分方程，然后用时域和频域的方法求解出高耸结构每一层的位移响应，以高耸结构在风激励下的最小层间位移为目标，对MTMD参数优化做了进一步研究。本文主要内容如下：

    第二章：在模拟风荷载时，通过对Davenport风速谱采用AR自回归模型来模拟，模拟出多组高耸结构20层每一层的时域风速样本，并且把计算出每一层的风速时程样本的谱与Davenport风速谱进行比较。

    第三章：选取了一个20个自由度的层间剪切模型模型来模拟一座20层100米高的钢结构高层建筑，分别建立有无装MTMD高耸结构系统的运动微分方程，然后用频域与时域的方法求出响应。

    第四章：在分析MTMD的参数对控制效果的影响时，本文是的激励取的是单个各态历经的风速时域样本，求出风压的时域样本，以最高层位移均方根值代表MTMD的控制效果，分析各个参数对控制效果的影响，给出符合要求参数的范围。

    第五章：用第二章的自回归方法模拟出多个风荷载样本，分别作为不同的激励求出多个高耸结构不同层的时域位移样本，求出统计特性，并且以最大层间位移为适应度函数，以遗传算法找出符合要求的最佳参数。

    第六章：由于高耸结构在风激励下的响应主要考虑第一阶振型的影响，所以在上几章我们是以一组MTMD来控制第一阶振型，在这一章中将采用两个MTMD分别控制第一二阶振型，与前者的结果进行比较。

2  脉动风载计算和模拟

2。1  风荷载理论

2。1。1  风的基本组成

风是由太阳辐射热引起的空气流动。由于不同地区大气层吸收的太阳热量不同，导致不同地区气压不同，空气从高气压地区向低气压地区流动，就形成了风。

空气在流动过程中，会受到与地表建筑物，树木，石头等产生的摩擦力的影响，导致风速的随机性。由大量的实地测量资料可以看出，自然风由平均风和脉动风组成；平均风周期比较长，一般在十几到几十分钟，而脉动风的周期很短，只有几秒[5]。（图2。1）因此任意一点的风速表达如下：

2。1。2  平均风的描述

在上一节也提到，大气流动会受到地面的摩擦阻力的影响，这摩擦力会随着大气湍流向上传递，越往上阻力越小，所以平均风速会随高度变化而变化。当然，由于地面的粗糙度不同，风受到障碍物的阻力也不一样，风速随高度变化的速率当然不同。现在学界对描述平均风速随着时间变化规律通常用对数律或者指数律的方法[6]。其中，对数律在100米以下的高度能精确描述，对于高耸结构，我们一般选用指数律。高度z处的平均风速可以表示为：

其中   为参考高度，一般为10米；

       是地面粗糙度系数，我们取的高耸结构的例子是位于在南京市区， 通常取0。20。

2。1。3  脉动风的描述

Davenport经过多次测量得到脉动风速功率谱函数如下[7]：

其中   ；         与反映粗糙度有关系数；

       是10米高处平均风速。

此外，还有很多科学家也提出很多功率谱模型。由于Davenport谱具有形式简单，适用性强特点，所以本论文中采用Davenport谱来研究。

2。1。4  脉动风空间相关性

由于在风场作用下不同位置的风速不是完全同步，任意两点的风速也不可能同时达到最大值，而且可能完全不相干。所以，我们要对高耸结构20维风荷载模拟时肯定要考虑相关性。SHIOTANA建议相关函数可以表示为[8]：论文网