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《TMD風(fēng)振控制參數(shù)優(yōu)化設(shè)計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、http://www.paper.edu.cnTMD風(fēng)振控制參數(shù)優(yōu)化設(shè)計阮燦椿，李虎武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北（430070）E-mail：ruancanchun@163.com摘要：TMD控制是常用的結(jié)構(gòu)被動控制方法，在TMD控制中，參數(shù)的選取對控制效果有著直接的影響，本文討論了三種不同的參數(shù)選取方法，最后給出三種優(yōu)化準(zhǔn)則的參數(shù)設(shè)計表格。關(guān)鍵詞：TMD,控制參數(shù)，參數(shù)優(yōu)化準(zhǔn)則高層、特別是超高層建筑結(jié)構(gòu)由于自振周期長、阻尼小，風(fēng)振效應(yīng)十分明顯。傳統(tǒng)上采用的增加結(jié)構(gòu)斷面的抗風(fēng)設(shè)計，不僅不經(jīng)濟(jì)，而且難以滿足建筑物剛度和舒適度要求。因此，[1]通過
2、設(shè)置附加控制裝置來減小結(jié)構(gòu)的風(fēng)振反應(yīng)已成為高層建筑發(fā)展的重要方向。調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TunedMassDamper)用作結(jié)構(gòu)被動控制系統(tǒng)可以減輕結(jié)構(gòu)在環(huán)境干擾下的動態(tài)反應(yīng)已為研究所證實。TMD對建筑結(jié)構(gòu)的功能影響較小，由于對外部條件要求較低，便于安裝、維修和更換控制元件，而且與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相比，采用TMD作為結(jié)構(gòu)環(huán)境干擾的防御體系還[2]可以降低工程建設(shè)投資。因此，TMD日益受到人們的青睞。到目前世界上已有許多建筑物安裝了TMD。眾多的研究表明，TMD對結(jié)構(gòu)抗震是有效的，問題是如何確定TMD系統(tǒng)的最優(yōu)參數(shù)以使抗風(fēng)效果最好，本文針對這個問題進(jìn)行了探討。1.T
3、MD參數(shù)優(yōu)化準(zhǔn)則結(jié)構(gòu)振動控制的目的是為了降低結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，一般的動力響應(yīng)包括結(jié)構(gòu)的位移，速度，加速度，TMD參數(shù)優(yōu)化準(zhǔn)則則是根據(jù)不同的控制目標(biāo)建立的參數(shù)優(yōu)化方法，常見的參數(shù)優(yōu)化準(zhǔn)則有如下幾種：1主結(jié)構(gòu)的最小位移優(yōu)化（DenHartog）2主結(jié)構(gòu)的最大動力剛度優(yōu)化（Falconetal）3組合結(jié)構(gòu)/TMD系統(tǒng)的最大有效阻尼(Luft)4最小位移調(diào)頻準(zhǔn)則和采用最大有效阻尼確定TMD阻尼準(zhǔn)則的混合準(zhǔn)則(Luft)5阻尼器質(zhì)量相對于主結(jié)構(gòu)的最小位移(Luft)6主結(jié)構(gòu)的最小速度(Warburton)7主結(jié)構(gòu)的最小加速度(IoiandIkeda)其中，主結(jié)構(gòu)最
4、小位移優(yōu)化準(zhǔn)則、組合結(jié)構(gòu)/TMD系統(tǒng)的最大有效阻尼和主結(jié)構(gòu)的最小加速度是三種最常見的控制準(zhǔn)則，本文分別對三種不同的優(yōu)化準(zhǔn)則計算比較了三種參數(shù)優(yōu)化結(jié)果在風(fēng)振控制下的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)。-1-http://www.paper.edu.cn2.結(jié)構(gòu)方程的建立圖1單自由度結(jié)構(gòu)TMD控制模型考慮系統(tǒng)受到圖1所示的振動力作用的單自由度結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的響應(yīng)。則系統(tǒng)的方程可表示為：MXCXKXPtSSS&&++=++&()(CTTωω&K)MCKMωωω&&++=&?X&&(1)TTTT式中：X，X&，X&&分別為結(jié)構(gòu)沿振動方向的層位移，層速度，層加速度向量；Pt()為外激勵向量
5、；ω，ω&，ω&&分別為結(jié)構(gòu)振動方向上，TMD本身相對在結(jié)構(gòu)層的振動位移，速度和加速度；M，C，K分別為TMD的質(zhì)量和沿振動方向的阻尼系數(shù)和剛度系數(shù)；TTT對上述方程進(jìn)行簡單的變換，設(shè){xx''}={
6、ω}，則上述方程可寫成&&&????MXCXKXP{}++=????{}????{}{}(2)式中：??MS0??CCST???K?K????M=??，??C=??，??K=??ST??MMTT??0C??0K??T??TTT{}PP={}()t,0。把（2）式兩邊除以M可得方程：S??10??XX&&??22ξω?μαξω??&??ωμ22?αω2?X
7、F???SSTSSS????++??????????=(3)μμωω&&02μαξω&0μαω22ω0??????T??????S????式中：ωMαμ==TT,ξ為TMD的阻尼比。ωMTSS3.不同優(yōu)化準(zhǔn)則的目標(biāo)函數(shù)計算在上式中Pt()為隨機(jī)脈動風(fēng)荷載，設(shè)Pt()的規(guī)格化風(fēng)功率譜密度函數(shù)為S()ω，用f[3]傳遞函數(shù)解上述方程可得安裝TMD后的主結(jié)構(gòu)的位移和加速度的均方差表達(dá)式為：+∞2+∞2EXt??2()=H()()ωSωωdEXt??&&24()=ωH()()ωωSdω??ee∫?∞f??ee∫?∞f-2-http://www.paper.ed
8、u.cn根據(jù)隨機(jī)振動理論,無控主結(jié)構(gòu)的位移和加速度的均方差表達(dá)式為：+∞2+∞2EXt??2()=H()ωS()ωωdEXt??&&24()=ωH()()ωωSdω??ss∫?∞f??ss∫?∞fH()ω和H()ω為安裝了TMD和沒有安裝TMD時結(jié)構(gòu)的頻響函數(shù)，其模的平方為：es21H()ω=(4)e2222()ωω?+(2)ξωωeee[4]式中ξ為安裝了TMD的結(jié)構(gòu)等效阻尼比。等效阻尼比ξ可由下式計算：ee2AAαα+12ξξ=+es234BBB++++ααααBB01234AAB120===μξTSμξ14B1=ξξST(5)22B=++?44ξ
9、μ(1)2ξμ?2ST2BB=+(μξ4(1+μξξ))=(1+μ)34TTS假設(shè)脈動風(fēng)為功率
