matlab高层建筑TMD风振响应分析仿真+文献综述(2)
1. 2 目前的研究方法 [2]
高层建筑实施风振控制是结构抗风减振的现代新方法。根据结构风效应的特点, 目前高层建筑常用的风振控制机构有设于结构顶层的被动或主动调频质量阻尼器（TMD）;设于结构顶部的主动挡风板设于结构层间的被动或主动锚索以及各种被动的耗能减振机构等。斜拉弹簧阻尼器（CTSD）属于设于结构层间的被动风振控制机构,该机构主要由弹簧（或拉索）与阻尼器组合而成,当结构受到水平风载作用发生侧向运动时, CTSD将产生相应的被动约束力抑制结构的部分反应。
高层建筑结构相对较柔，对风载荷的作用敏感，风载荷是高层建筑的主要载荷。调谐质量阻尼器（TMD）对于结构风振反应控制是有效的，它是目前工程应用最广泛的被动控制方法之一。本文主要讨论带TMD结构的随机风振响应计算。在传统的此类结构随机风振响应分析中,目前采用对随机振动方程直接进行数值积分或将方程离散化的方法来求得结构的响应的数值解,由于是数值解,故较难控制待定参数进行优化设计,获得整体结构抗风最优控制效果。本文针对此类结构用第一振型展开后,所得方程具有非经典阻尼和非对称质量,已无法满足传统实模态法的解耦条件,以及脉动风谱为非有理分式风谱的情况,用线性滤波过程生成脉动风谱,用复模态法和扩阶法进行解耦,获得了等效风谱对应的以第一振型表示的结构随机风振响应的解析解。为充分利用该解析解,对结构进行抗风可靠性分析以及进行基于动力可靠性约束的抗风优化设计,进而提高结构整体抗风效应奠定了理论基础[3]。
1.3 调谐质量阻尼器[4]
将调谐质量阻尼器(TMD)装入结构的目的是减少在外力作用下基本结构构件的消能要求值。在该情况下，这种减小是通过将结构振动的一些能量传递给以最简单的形式固定或连接在主要结构的辅助质量—弹簧—阻尼筒系统构成的TMD来完成的[5]。
TMD结构应用的现代思想的最早来源是早在1909年Frahm(Frahm，1909；Den Hartog，1 956)研究的动力吸振器。Frahm的吸振器由一个小质量m和一个刚度为A的弹簧连接于弹簧刚度为K的主质量M。在简谐荷载作用下，可显示出当所连接的吸振器的固有频率被确定为(或调谐为)激励频率时，主质量M能保持完全静止。
Den Hartog(Ormondroyd and Den Hartog，1928)最早研究了主系统中没有阻尼时的无阻尼和有阻尼动力吸振器理论，他们提出了吸振器的基本原理及确定适当参数的过程。主系统的阻尼包含在Bishop和Welboun(1952)提出的动力吸振器的分析中。紧接在上述工作之后，Falcon等(1967)设计了一个优化过程以获得主系统的最小峰值响应和最大有效阻尼[6]。
Jennlge和Frohrib(1977)数值计算厂控制建筑物结构中弯曲和扭转模式的移动—转动吸振器系统。Ioi和Ikeda(1978)提出了主系统在小阻尼情况下这些优化吸振器参数修正因子的经验公式。Randall等(1981)提山了在系统中考虑阻尼影响的这些参数的设计图表。Warburton和Ayorinde(1980)进一步用表列出了最大动力放大因子、调谐频率比及特定质量比和主系统阻尼比的吸振器阻尼比的优化值。
为了增强用于减小主系统最大动力响应的吸振器的效果，研究者们尝试了通过引入非线性吸振器弹簧来加宽调谐频率范围，Roberson(1962)研究了将动力吸振器支承于一个没有阻尼的线性加三次方弹簧(即Duffing型弹簧)之上的主系统的动力响应 [7] 。他将“消除带”定义为规格化主系统幅值小于1的共振峰值之间的频率带。非线性吸振器的这个带宽很清楚地表明了比线性吸振器要宽得多，Pipes(1953)研究了一个有双曲正弦特征的强化弹簧，并得出弹簧中非线性的影响是要阻止尖锐共振峰的出现，并将相对小幅值的奇次谐分量引入吸振器和主系统的运动中。
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