惯容减振(震)器在超高层建筑抗风及抗震中的应用

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在风荷载和地震作用下,超高层建筑可能会出现较大的动力响应,给居住者带来不适感,甚至威胁其生命财产安全。安装被动减振(震)装置(如调谐质量阻尼器(TunedMassDamper,TMD))是一种有效的控制结构振(震)动的方法。由于传统的减振(震)装置质量越大,其减振(震)效果越好,限制了其在工程中应用。近年来,一类通过将惯容器与传统TMD相结合得到的惯容减振(震)器(Inerter-Based Vibration Absorber, IBVA)得到了科研人员的广泛关注,由于其利用了惯容器的“质量放大”作用,使减振(震)器的物理质量大大减小。
  本文基于两个超高层建筑工程实例,通过风洞试验和实测地震数据,对利用以TMDI(Tuned Mass Damper-Inerter)、TID(Tuned Inerter Damper)和MTMDI(Multi Tuned Mass Damper-Inerter)为代表的IBVA控制超高层建筑风致振动及地震作用下引起的震动的效果进行了分析研究,主要内容及结论如下:
  (1)介绍了结构振动控制的重要意义,回顾了传统TMD和以TID、TMDI等为代表的新型IBVA的研究现状;
  (2)基于一栋340m的单体超高层建筑工程实例,利用由多点同步测压风洞试验得到的气动力时程,对具有相同设备质量的TMD、TMDI和TID进行了参数分析,并以位移和加速度响应极值为性能指标,比较了其减振效果。进一步利用遗传算法对IBVA进行多参数多目标优化,分析了气动力频谱特性对IBVA参数的影响,并证明了IBVA相较传统TMD在风致响应控制方面具有更好的减振效果;
  (3)基于两栋相邻超高层建筑工程实例,基于实测地震的地面加速度时程,利用遗传算法对MTMDI进行了参数优化。以多场地震作用下双塔的平均最大位移、绝对加速度和层间位移角为性能指标,分析了MTMDI对连体建筑的减震效果。结果表明,MTMDI对结构的加速度响应控制效果较好,而对位移响应控制效果相对较差,但是其减震效果仍强于传统的MTMD方案。
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