結(jié)構(gòu)馳振理論分析及風振控制.pdf

1、風災是人類所面對的可怕的自然災害之一。在土木工程結(jié)構(gòu)向大尺度、高柔方向發(fā)展的今天，風對高層建筑的影響也越來越顯著。而結(jié)構(gòu)振動控制作為一種新的抗震、抗風技術(shù)，概念簡單、抗風效果顯著、安全可靠、適合于不同抗風要求的土木工程結(jié)構(gòu)，本論文主要圍繞著橫風向荷載中的弛振理論分析及風振控制展開研究，主要有以下幾方面的內(nèi)容： (1)應用三級數(shù)法求解橫風向的弛振的非線性運動微分方程，得到了三維結(jié)構(gòu)的簡明的穩(wěn)態(tài)響應和臨界風速表達式。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(長度)大、長細比大。非線性速度平方項不影響臨界風速值，但它使弛振的穩(wěn)態(tài)響應加大，使頻率減小，臨界風速只取決于速度的一次項。而且弛振響應在最初的幾分鐘也幾乎完全取決于速度的一次項。算例表明，該方法是有效的，可以很方便的應用到工程實際當中。 (2)研究了高層建筑結(jié)構(gòu)橫風

3、向的彎曲和扭轉(zhuǎn)的耦合振動。通過微元法建立了高聳結(jié)構(gòu)的橫向彎曲和扭轉(zhuǎn)耦合振動的方程式，在推導了該耦合振動的運動微分方程式的同時進行了解耦和分析，并基于氣流與結(jié)構(gòu)間的夾角的關(guān)系，對引起結(jié)構(gòu)彎曲和扭轉(zhuǎn)的氣動力進行了分析。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)彎扭耦合振動的穩(wěn)定性條件。提出了一個求臨界風速計算的簡便公式。并給出了算例，得到了滿意的結(jié)果。 (3)進一步研究了三維結(jié)構(gòu)橫風向彎曲和

4、扭轉(zhuǎn)的耦合振動。根據(jù)對該耦合振動運動微分方程的分析，首次推導出易解的兩個自由度振動微分方程，較為精確地考慮了二階項以內(nèi)的空氣動力各項，應用三級數(shù)法進行解析計算，并提出了三維結(jié)構(gòu)彎扭顫振臨界風速及其響應的簡明公式，通過對臨界風速及響應的分析，得出了結(jié)構(gòu)的剖面形狀對顫振的影響比較敏感的結(jié)論。 (4)在半主動控制策略—主動變剛度(AVS)的基礎之上，提出了一種對高層建筑風振反應的半主動控制策略。方法是在很小的時間段中風荷載信號的主頻率