【摘 要】
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超高层建筑频率低、阻尼小,在强风作用下易出现大幅振动,影响结构使用舒适度和安全性。目前,调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper,TMD）是一种有效且广泛应用的风致振动控制方法,但存在质量大和需精准调谐等缺陷。本文将具有“质量放大效应”的惯容器和宽频控制效果的非线性能量阱（Nonliear Energy Sink,NES）串联形成惯容非线性能量阱（Nonliear Energy Sink
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超高层建筑频率低、阻尼小,在强风作用下易出现大幅振动,影响结构使用舒适度和安全性。目前,调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper,TMD）是一种有效且广泛应用的风致振动控制方法,但存在质量大和需精准调谐等缺陷。本文将具有“质量放大效应”的惯容器和宽频控制效果的非线性能量阱（Nonliear Energy Sink,NES）串联形成惯容非线性能量阱（Nonliear Energy Sink with Inerter,NESI）,探索以惯容立方非线性能量阱（Cubic Nonliear Energy Sink with inerter,Cubic NESI）和惯容非对称非线性能量阱（Asymmetric Nonliear Energy Sink with inerter,Asym NESI）为代表的新型吸振器NESI在超高层建筑风振响应控制中的性能,具体内容及结论如下:（1）介绍超高层建筑风振控制的背景和意义,阐述振动控制方法,回顾NES及NESI的发展历程。（2）基于两类NESI控制受简谐荷载作用下的单自由度动力响应数学模型,通过对比Runge-Kutta和Newton-Raphson数值方法计算系统响应稳态响应的幅值,验证了两种数值方法的正确性。（3）基于风洞试验获得的气动力数据,建立超高层建筑附加Cubic NESI风振控制的数学模型;然后通过第二代非支配排序的遗传算法（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II,NSGA-II）对Cubic NESI、Cubic NES进行多目标参数优化,获得控制参数;最后,与TMD的控制效果和鲁棒性进行比较,并利用小波变换揭示了振动控制机理。结果表明:Cubic NESI能实现比Cubic NES、TMD更优的风振控制效果,同时对风向角和结构动力特性变化的鲁棒性很强,其原因是Cubic NESI能与结构在多个频带上同时展开剧烈的瞬时能量俘获。（4）在Cubic NESI基础上提出Asym NESI,首先建立其控制超高层建筑风致响应微分方程;然后利用NSGA-II对Asym NESI进行多目标参数优化;最后,比较其与Cubic NESI和TMD的控制效果和鲁棒性,并借助小波变换进行机理分析。研究表明:Asym NESI也能与结构在多个频带上同时展开吸振,其加速度和位移控制效果优于Cubic NESI和TMD,其结构动力特性和设计参数变化的鲁棒性强于TMD。本文研究结论为超高层建筑的风振响应控制提供参考价值。
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