明置基础高层建筑风振时层状半空间地基材料阻尼比的研究

某沿海超高层建筑高度达350m,高宽比达7.6,又处于浙江沿海地区,风荷载是其结构设计的控制荷载.数值模拟了不同风向下超高层建筑底部平均风合力和合力矩,与风洞试验结果相近,一般情况两者差别不大于15%;同时拟合了该建筑表面的脉动风压自谱密度和相干函数经验表达式,采用空间随机风振的cqc方法对塔楼进行了风致动力响应分析,并通过塔楼顶层峰值加速度响应和底部静力等效风荷载合力和合力矩的比较与分析,表明高层建筑专用风振分析方法在实际工程中应用的可行性.

本文通过对在新上海国际大厦楼顶对\"云娜台风\"测得的风资料进行的统计和分析,提出了此次台风的主要影响指标,与理论计算进行了对比,指出了平均风压与平均风速的二次指数关系造成了风荷载的过高估计。

本文提出了用斜拉弹簧阻尼器模型装置控制高层建筑结构的顺风向随机风振反应，基于传统的随机线性最优控制理论，文中发发展了一种实用的等效准是优控制算法，优化了控制装置的各参数和设置位置，从而使与相应主动拉索控制基本等效的被动斜拉弹簧阻尼控制得以实现，实例模拟计算以及主动和被动拉索控制的结果比较表明，采用文中的控制方式和等效算法是行之有较的。

本文提出了用斜拉弹簧阻尼器模型装置控制高层建筑结构的顺风向随机风振反应，基于传统的随机线性最优控制理论，文中发发展了一种实用的等效准是优控制算法，优化了控制装置的各参数和设置位置，从而使与相应主动拉索控制基本等效的被动斜拉弹簧阻尼控制得以实现，实例模拟计算以及主动和被动拉索控制的结果比较表明，采用文中的控制方式和等效算法是行之有较的。

科技的发展与应用，使高层建筑被普遍应用，在设计高层建筑的时候，需要注意风效应对其的影响。既要满足居住需求，又要满足减少振动的要求，一般高层建筑风振控制有耗能减振系统、吸振减振系统、锚索控制、主动控制与混合控制系统等。

该文设计了一种质量和结构阻尼比可调的底部弹性支撑刚性体的双向摆式气弹模型,并通过气弹模型风洞试验获得模型顶部加速度响应时程。运用改进的随机减量技术,识别了湍流场中强风下方截面高层建筑横风向气动阻尼比。分析了风场类别、结构阻尼比、均匀当量质量以及模型高宽比对横风向气动阻尼比随折算风速变化规律的影响。最后提出了横风向气动阻尼比的经验公式,并将引入气动阻尼比后的横风向响应计算值与气弹模型风洞试验测量值比较,证明了该气动阻尼比经验公式的正确性和实用性。

推导设置出mtld高层建筑结构的等效阻尼比,讨论了影响mtld系统等效阻尼比的基本参数

在台风\"灿鸿\"、\"杜鹃\"影响期间,对温州某矩形截面高层建筑进行了现场实测,得到其顶层的风速、风向及多个楼层的加速度响应数据。将加速度数据经emd处理,应用era、era-next及ar三种方法,对建筑结构的模态参数与气动阻尼动力特性进行了计算分析,结果表明:era、eranext和ar这3种方法得出的频率值及振型都非常接近,频率差值不超过2%,即均可以用计算频率及分析判断振型;但振型阻尼比结果却不同,除一阶振型的比较接近外,其它各阶的数值都有一定程度偏差;在一定频率段的振型结构阻尼比拟合曲线中,柯西(caughey)阻尼模型(b=2时)与sergiolagomarsino经验曲线最为接近;一阶振型气动阻尼比均为负值,且随着风速的增大,其值有减小的趋势,其中era、ar方法的斜率较为相似,而era-next方法的下降速率较为平缓。

在建立了设置被动减振装置的高层建筑风振控制效果结构等效阻尼比计算公式的基础上，依据《建筑结构荷载规范》和高层建筑结构设计规程提出了设置被动减振装置高层建筑风振控制基于规范的实用设计方法。应用本文方法对设置矩形ｔｌｄ的上海中环广场超高层建筑的计算结果表明：本文方法具有简单、直观，且可与常规的结构抗风设计结果进行直接比较的特点，是风振控制规范化的一种设计方法，完全可为广大结构工程师所接受。

推导了脉动风荷载作用下考虑土-结构相互作用时高层建筑结构加速度响应的计算公式.算例表明土-结构相互作用对高层建筑风振加速度响应有明显影响.一般而言,在软土地基上土-结构相互作用使高层建筑风振时加速度增加,从而增加了人体的不舒适感,甚至有可能影响到高层建筑的使用功能,故在设计时应引起重视.

建立了高层建筑风振控制的离散时间状态差分方程．利用离散随机最优控制理论，基于顺向脉动风荷载的竖向相关性，设计了具有离散卡尔曼滤波器结构的输出反馈控制器．通过具体算例说明在状态不完全可知的情况下，随机离散输出反馈控制能有效的减少结构的顺向脉动风振反应．

本文针对高层建筑风振控制问题,应用基于遗传算法优化模糊规则库的模糊控制方法,通过mr阻尼器实现减小高层建筑风振反应。采用双输入、单输出的模糊控制策略,即以风荷载和其变化率为输入量,以mr阻尼器所提供的控制力为输出量。利用基于遗传算法的优化的模糊规则库,根据作用模糊子集的推理方法进行模糊推理运算,并采用常用的重心法进行解模糊处理。以某12层框架结构为例,进行数值模拟分析,并与优化前的模糊控制策略和lqr最优控制策略进行比较。数值分析结果表明,利用遗传算法使优化模糊规则库得以优化,改善了模糊控制的效果,有效地减小了结构的风振反应。

以天津某超高层结构的风振控制为研究对象,分析了风荷载的动力特性.针对该工程的自身特点提出了设置粘滞阻尼器(a)、设置双向调频质量阻尼器(b)、设置粘滞阻尼器和双向调频质量阻尼器(c)的三种减振控制方案,采用具有三维空间相关性的自回归过滤技术,进行了不同控制方案下的风振控制动力分析,对比分析了不同方案下的控制效果.结果表明:在特定的加强层处设置粘滞阻尼器及在顶层设置调谐质量阻尼设备均能够耗散风振作用输入能量的30％以上,进而有效衰减结构的风致振动响应,保证主体结构的正常使用工作状态.依据分析结果对超高层结构体系风振控制的分析与设计提出了建议.

本文对以最小化顶层位移方差为设计目标，在频域内进行增益优化的两种ａｔｍｄ完整反馈设计方法进行了对比分析。针对受ｄａｖｅｎｐｏｒｔ谱风激励作用的ｓｄｏｆ结构情形，对一超高层建筑进行数值分析以量化和评价控制性能。分析表明，完整反馈控制ⅱ总体性能优于完整反馈控制ⅰ，所设计的ａｔｍｄ能更有效地抑制高层建筑的风振响应。此外，完整反馈控制ⅱ具有明确的物理意义和灵活的形式，便于针对不同的激励和响应状况设计变增益控制，提高控制效率及满足控制力和行程的实际限制。

引入横风力谱模型,分析了某高宽比为6的方形截面高层建筑在不同地貌和风速条件下的横风向风振响应.同时考虑正气动阻尼的影响,获得该建筑在不同自振基频下的风振响应及气动阻尼影响的规律.分析结果表明,对于处于低粗糙度地貌并受较高风速作用的低频建筑物,当计算其横风向风振响应时,应适当考虑正气动阻尼的影响,使计算结果更具真实性.

采用经过fft算法改进的谐波叠加法(waws)及自回归(ar)模型的线性滤波法对实际工程进行脉动风速时程模拟.对2种算法所模拟的风速时程进行分析,结果显示了风速功率谱及相关函数的特性,分析结果说明ar模型中模型阶次及时间步长对风速时程产生较大影响.根据结构的有限元动力分析,采用能量相等的原则,即使结构固有频率段内的目标谱和模拟谱能量相等,对风速时程进行修正,使模拟风速时程更趋合理.

基于浙江温州市区某方形高层建筑在不同台风下原型实测数据,应用单输入多输出的era-next理论方法,对影响气动阻尼比的诸多因素进行综合对比分析研究。结果表明:随着平均风速的增加,速度、加速度均方根也沿着幂函数增加；在小折减风速范围内(小于1.0),气动阻尼比与折减风速、加速度(速度)均方根与幅值比值的关系也不是纯粹单调的,而是分区间增减变化,虽然四个台风的区间范围稍有不同,但变化规律却比较相似,而且其曲线数值大小的排列与风向角大小具相关性；x,y向气动阻尼比与结构加速度功率谱幅值的关系具有相似规律。

对板片空间结构体系用于高层建筑结构情况下结构的力学性能,动力及抗震,风载反应等进行了研究,并与一般钢筋混凝土结构进行了比较,分析结果表明板片空间结构高层建筑具有受力合理,自重轻,抗震性能较好和基础工程的费用较少的优点。

在大气边界层风洞中开展了在0.5h和0.85h高度设置洞口的高层建筑刚性模型测力试验,获得不同洞口尺寸、高度、位置以及数量时的高层建筑风致基底反力.从基底弯矩系数和基底一阶广义气动力谱研究了不同洞口设置对高层建筑风效应的影响.研究结果表明:1)顺风向开洞能有效地降低顺风向基底平均弯矩,并且上部开洞效果优于下部开洞,开洞率越大效果越明显;横向基底平均弯矩比较小,大开洞提高基底横向平均弯矩,小开洞则相反;开洞对横风向与顺风向的基底脉动弯矩都有较大影响.2)不管是大开洞还是小开洞,在折算频率约为0.12位置处,均出现了与旋涡脱落频率相近的窄带峰值,且不同工况下,低频段的功率谱值差异略大于高频段.

高层建筑风振舒适度已受到普遍关注,目前常采用规范的经验公式和风洞模型试验实测计算。但随着结构体系的复杂化及采用附加阻尼器减振技术的日益广泛化,进行结构的风振时程分析是更为简单直接和准确的分析方法。本文采用自回归滤波法技术,考虑三维空间相关性,对具有随机性的脉动风荷载进行有效的模拟;通过编制软件生成风压时程数据并自动输出至结构有限元软件进行风振时程分析,为高层建筑的风振控制分析提供了可行的方法;最后,将该风动力荷载数值模拟技术与动力时程分析技术相结合进行算例分析验证,经过对比研究表明该风振时程分析方法可应用于工程分析与设计。

采用粘滞阻尼器对风荷载作用下的结构振动进行了减振控制设计。采用有限元软件对该减振结构进行脉动风时程荷载作用下的时程分析,计算表明在设置非线性粘滞阻尼器后,该建筑结构的风振加速度降低,顶层舒适度得到了改善,在风压为0.50kn/m2和0.413kn/m2工况下顶层加速度峰值减小幅度分别为53.90%和82.97%。风荷载作用下粘滞阻尼器滞回曲线饱满,具有显著的耗能能力。

风振控制是高层建筑结构抗风设计的一项重要内容。本文对磁流变阻尼器半主动控制系统进行了优化设计,首先对基于现代控制理论的半主动控制算法进行了讨论,通过模拟分析,比较了分别基于经典线性最优控制算法和瞬时最优控制算法下控制系统的控制效果;其次对控制律的选取进行了研究,通过算例分析,对分别采用“开-关”型控制律和改进型控制律时,系统的控制效果进行了比较分析。通过选择合适的控制算法和控制律,使控制系统达到优化。