高层工业厂房结构振动控制理论研究

高层工业厂房结构通常是由预制钢柱，钢梁，钢结构基础，钢屋架拼装而成的钢结构。并且厂房结构上往往装设有质量较大的机械设备或存储装置。该项目以偏心高层工业厂房结构的振动控制为研究内容，采用被动和半主动振动控制措施对偏心高层工业厂房中的设备和厂房结构的平动和扭转振动进行控制。并获得如下创新性成果： （1）以江苏索普醋酸厂的钢结构化工厂房和某煤气化高层工业厂房为研究对象，这两个厂房均为带有设备的偏心工业厂房，利用有限元分析软件ANSYS建立了厂房结构的有限元模型，通过对模型进行自振特性和动力响应分析，弄清了厂房结构平动和扭转振动较大的楼层，并将其确定为薄弱层。同时分析了厂房中设备在地震作用下的响应，这些为制定结构振动控制策略提供了依据。 （2）研究了附加有流体粘滞阻尼器（fluid viscous damper，以下简称FVD）振动系统的数值计算方法。先后提出了两种用于附加有FVD振动系统计算的算法。方法一：附加有FVD的振动系统紧耦合算法；方法二：附加有FVD的振动系统阻尼分时段线性化算法。通过这些算法，可为采用FVD附加阻尼的振动控制系统设计提供科学客观的依据。 （3）以某高层煤气化工业厂房为研究对象，并在煤气化高层工业厂房中装设磁流变弹性体（MRE）阻尼器，通过SIMULINK进行仿真分析，研究了半主动控制对高层煤气化工业厂房地震响应的控制效果。 （4）以江苏索普醋酸厂的钢结构化工厂房为研究对象，研究偏心结构的混合振动控制。针对设备和钢框架结构的振动控制问题，提出了三种振动控制方案，通过对这三种减震方案的减震效果、控制策略难易和经济角度等方面的对比，优选粘滞阻尼器和磁流变弹性体阻尼器的混合振动控制方案。当粘滞阻尼器和磁流变弹性体阻尼器共同作用时，对钢框架结构的平动和扭转振动控制效果要好于单一阻尼器作用时的减震效果。 （5）通过1:8缩尺模型振动台试验，验证了理论分析结果及控制方案的有效性和控制效果。 2100433B

结构控制理论在近30多年内已在许多国家得到研究推广。但对高层工业厂房（如：煤气化装置框架）的振动（地震、风、机械振动）控制研究很欠缺。高层工业厂房的特点：钢筋混凝土与钢结构组成混合高层体系，有转换层，层高较高跨度较大；结构内设备多又重且多分布在结构中上层；在地震、风或设备振动下，结构产生较大扭转振动和层间响应，有的超过规范限值。故有必要研究这种结构振动控制，并具有很好的理论价值和工程应用价值。主要研究内容：1.高层工业厂房的扭转振动和层间位移控制；2.粘滞性阻尼器的非线性有限元格式、合理的阻尼矩阵分析及对此类结构控制；3.磁流变弹性体阻尼器力学模型及其结构控制原理。创新点：1.基于非线性粘滞性阻尼器计算模型及其结构控制理论，改变粘滞性阻尼器的传统理论；2.研究新型MRE，提出其结构控制理论，很好解决结构较大扭转和大层间响应问题；3.研究以上两种阻尼器不同功效和布置方式，有效控制转换层振动。

从广义上讲，振动控制包括两方面内容：（1）有利振动的利用；（2）有害振动的抑制：抑振（即振动控制）。

振动控制的任务：通过一定的手段使受控对象的振动水平满足人们的预定要求。采用隔振、吸振、阻尼等技术措施以减轻物体振动并阻止其传播。其目的是保护人及灵敏仪器设备免受振动的影响 。

振动控制在现代工程中应用十分广泛，很多工程因为没有考虑共振效应而失败，造成经济上的损失和人员上的伤亡。因此，其研究价值不言而喻。

工业和运输业中广泛采用机器作原动力，机械振动的危害越发严重，振动控制要求日益迫切。汽轮机、水轮机和电机等动力机械，汽车、火车、船舶和飞机等交通运输工具，以及工作母机、矿山机械和工程机械等，都沿着高速重载方向发展，其振动也日益强烈。精密机床和精密加工技术的发展中，如果离开严格隔振的平静环境，工作就不正常，无法达到预期的精度目标。材料工业和建筑工业的发展中，广泛采用高强度的建筑材料，建筑高度不断攀升使得建筑受风载激励后振幅达几米之大，难以满足舒适和安全要求，倘不能减振，此类高楼就无法继续发展下去。飞机、导弹、坦克、战车通常在最为恶劣的环境中工作。因此，军工部门对减振环节的要求也日渐增多。尤其是如今的精确打击方向的研究，更需要减振理论的支持。

无论是民用工业还是军事工业，其产品性能都与减振技术密切相关。产品性能又决定了企业的利润效益。因此，关于振动控制的研究永不过时 。

中文名称

主厂房结构施工

英文名称

main power building structure construction

定　　义

采用钢筋混凝土结构、钢结构等结构的火力发电厂主厂房的施工工艺、施工方法、质量控制等的总称。

应用学科

电力（一级学科），火力发电（二级学科）