結(jié)構(gòu)馳振理論分析及風(fēng)振控制.pdf

1、風(fēng)災(zāi)是人類所面對(duì)的可怕的自然災(zāi)害之一。在土木工程結(jié)構(gòu)向大尺度、高柔方向發(fā)展的今天，風(fēng)對(duì)高層建筑的影響也越來(lái)越顯著。而結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制作為一種新的抗震、抗風(fēng)技術(shù)，概念簡(jiǎn)單、抗風(fēng)效果顯著、安全可靠、適合于不同抗風(fēng)要求的土木工程結(jié)構(gòu)，本論文主要圍繞著橫風(fēng)向荷載中的弛振理論分析及風(fēng)振控制展開研究，主要有以下幾方面的內(nèi)容： (1)應(yīng)用三級(jí)數(shù)法求解橫風(fēng)向的弛振的非線性運(yùn)動(dòng)微分方程，得到了三維結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)明的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和臨界風(fēng)速表達(dá)式。從理論上闡述了可

2、能發(fā)生弛振的關(guān)鍵因素：既升力線斜率為較大的負(fù)值，也就是只有非流線型的剖面，形成氣流分離的結(jié)構(gòu)才可能出現(xiàn)。形成不穩(wěn)定的充分條件是結(jié)構(gòu)的質(zhì)量輕、剛度小、阻尼小、或是高度(長(zhǎng)度)大、長(zhǎng)細(xì)比大。非線性速度平方項(xiàng)不影響臨界風(fēng)速值，但它使弛振的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)加大，使頻率減小，臨界風(fēng)速只取決于速度的一次項(xiàng)。而且弛振響應(yīng)在最初的幾分鐘也幾乎完全取決于速度的一次項(xiàng)。算例表明，該方法是有效的，可以很方便的應(yīng)用到工程實(shí)際當(dāng)中。 (2)研究了高層建筑結(jié)構(gòu)橫風(fēng)

3、向的彎曲和扭轉(zhuǎn)的耦合振動(dòng)。通過(guò)微元法建立了高聳結(jié)構(gòu)的橫向彎曲和扭轉(zhuǎn)耦合振動(dòng)的方程式，在推導(dǎo)了該耦合振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)微分方程式的同時(shí)進(jìn)行了解耦和分析，并基于氣流與結(jié)構(gòu)間的夾角的關(guān)系，對(duì)引起結(jié)構(gòu)彎曲和扭轉(zhuǎn)的氣動(dòng)力進(jìn)行了分析。和以往所研究的二維結(jié)構(gòu)的不同，本文研究了三維結(jié)構(gòu)，即固結(jié)于地面或是基巖之上的高聳結(jié)構(gòu)彎扭耦合振動(dòng)的穩(wěn)定性條件。提出了一個(gè)求臨界風(fēng)速計(jì)算的簡(jiǎn)便公式。并給出了算例，得到了滿意的結(jié)果。 (3)進(jìn)一步研究了三維結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向彎曲和

4、扭轉(zhuǎn)的耦合振動(dòng)。根據(jù)對(duì)該耦合振動(dòng)運(yùn)動(dòng)微分方程的分析，首次推導(dǎo)出易解的兩個(gè)自由度振動(dòng)微分方程，較為精確地考慮了二階項(xiàng)以內(nèi)的空氣動(dòng)力各項(xiàng)，應(yīng)用三級(jí)數(shù)法進(jìn)行解析計(jì)算，并提出了三維結(jié)構(gòu)彎扭顫振臨界風(fēng)速及其響應(yīng)的簡(jiǎn)明公式，通過(guò)對(duì)臨界風(fēng)速及響應(yīng)的分析，得出了結(jié)構(gòu)的剖面形狀對(duì)顫振的影響比較敏感的結(jié)論。 (4)在半主動(dòng)控制策略—主動(dòng)變剛度(AVS)的基礎(chǔ)之上，提出了一種對(duì)高層建筑風(fēng)振反應(yīng)的半主動(dòng)控制策略。方法是在很小的時(shí)間段中風(fēng)荷載信號(hào)的主頻率