高耸电视塔的风振响应及控制分析

论文摘要

高耸电视塔结构的主要特点是高度较高,水平方向刚度较小,在风荷载作用下动力响应明显。因此高耸电视塔结构的抗风计算及风振控制,己成为高耸结构设计的重要内容和结构振动控制领域的研究热点。本文选用南方某高耸电视塔作为分析对象,计算了该电视塔结构在100年一遇的风荷载作用下结构的动力响应,并在该结构合适的部位加入了粘弹性阻尼器对其进行风振控制,以满足结构安全性和舒适度的要求。具体作了如下的研究工作：1.根据M. Shinozuka方法,利用MATLAB编制了脉动风荷载时程模拟程序,并对风荷载样本曲线进行检验,使其符合实际风荷载记录,可用于结构风振响应计算与控制分析。2.利用有限元分析软件ANSYS建立电视塔的三维有限元模型,分析其动力特性,并根据其动力特性建立适合于振动与控制分析的二维串联多自由度模型。3.分别采用频域法和时域法对高耸电视塔结构进行风振响应计算,对比两种分析方法的计算结果,互相验证了计算结果的可靠性,以确定整个结构在风荷载作用下的动力响应。4.设计粘弹性阻尼器,通过计算来确定阻尼器的个数及合适的安装位置,将风振对结构的影响限制在安全范围以内,满足结构安全性和人体舒适度的要求。通过计算和分析表明,在100年一遇的风荷载作用下,该电视塔的位移和加速度响应均超出规范要求,影响结构的安全性、耐久性和舒适度要求。安装粘弹性阻尼器后,结构的位移响应和加速度响应大幅减小,满足规范要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高耸塔式结构研究现状
• 1.2.1 高耸塔式结构的概念
• 1.2.2 高耸塔式结构的发展情况
• 1.2.3 高耸塔式结构的受力变形特点
• 1.2.4 我国高耸塔式结构的研究现状
• 1.3 结构振动控制的研究历史与现状
• 1.3.1 结构振动控制的概念
• 1.3.2 结构振动控制的分类
• 1.3.3 风振控制的研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 2 结构风荷载理论
• 2.1 结构风荷载的基本特性
• 2.1.1 风荷载的特性
• 2.1.2 平均风
• 2.1.3 脉动风
• 2.2 平均风的计算方法
• 2.2.1 风荷载体型系数
• 2.2.2 风压高度变化系数
• 2.2.3 重现期调整系数
• 2.2.4 基本风压取值
• 2.3 脉动风的计算方法
• 2.3.1 脉动风荷载模拟理论
• 2.3.2 谐波叠加法
• 2.3.3 脉动风荷载样本检验
• 2.4 风振响应的计算方法
• 2.4.1 频域法
• 2.4.2 时域法
• 2.5 结构舒适度分析
• 2.6 本章小结
• 3 粘弹性阻尼器控制原理
• 3.1 粘弹性材料
• 3.1.1 粘弹性材料的耗能原理
• 3.1.2 粘弹性材料的力学性能
• 3.1.3 影响粘弹性材料性质的因素
• 3.2 粘弹性阻尼器
• 3.2.1 粘弹性阻尼器的型式
• 3.2.2 粘弹性阻尼器的力学模型
• 3.2.3 粘弹性阻尼器的控制原理
• 3.3 粘弹性阻尼结构的设计方法
• 3.4 本章小结
• 4 结构风振响应计算
• 4.1 高耸结构的动力特性
• 4.1.1 三维有限元模型的建立
• 4.1.2 二维串联多自由度模型
• 4.2 模态分析
• 4.3 结构顺风向响应
• 4.3.1 结构上的平均风计算
• 4.3.2 频域法计算
• 4.3.3 时域法计算
• 4.4 本章小结
• 5 粘弹性阻尼器控制效果分析
• 5.1 粘弹性阻尼器的设计
• 5.2 粘弹性阻尼器的安装位置
• 5.3 粘弹性阻尼器的控制效果
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果