框架——盒子结构TMD/MTMD控制的优化设计

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世界上破坏性的地震平均每年发生约18次,这些地震给人类造成了巨大的人员伤亡和财产损失,减振一直是结构工程领域的重要研究课题。结构振动控制的提出与应用是结构抗风和抗震研究的重大突破,被动调谐减振技术作为一种有效的减振控制技术,已被应用于实际工程并显示出了良好的减振效果。另一方面,随着建筑工业化的不断发展,盒子结构体系逐渐引起工程师的关注。盒子结构体系是指在工厂完成房间预制,通过运输设备运到工地后,直接组装在一起,或与其他预制构件及现制构件相结合,建成房屋的体系。该结构具有灵活、省时、质量易控等优点,但其抗震性能与现浇结构相比有着较大的缺陷。   本文结合被动质量调谐减振技术和盒子结构二者的特点提出框架——盒子结构的被动调谐质量减振体系。在框架主体结构现浇的基础上,将盒子结构视为主体框架结构的被动质量调谐减振装置,通过设置适当的连接措施,安装在框架结构的某层或者某些层,从而在不增加主结构附加质量的前提下,提高结构的减振性能。基于此构想,本文的主要研究内容如下:   1、总结被动质量调谐减振体系特点,根据框架结构、盒子结构的特点,提出了将装配式的盒子结构作为主体框架结构的被动质量阻尼器的设想,即框架——盒子结构TMD/MTMD减振体系。   2、针对框架——盒子结构TMD减振体系的简化力学模型,分别在频域以及时域内分析了TMD的阻尼比ξ2,TMD与主结构的频率比f以及质量比μ等参数对结构减振效果的影响。研究表明,盒子结构的频率应尽量调谐至与主体结构频率接近,即f=1时TMD对主结构的减震控制性能更好;盒子结构的阻尼比ξ2越大,结构的减震效果越明显;通过研究也发现盒子结构与主体结构的质量比μ越大结构的减震效果越明显,但质量不宜过大。   3、针对框架——盒子结构MTMD减振体系的简化力学模型,分别在频域以及时域内分析了MTMD中TMD的个数n,各TMD阻尼系数ξT,频率间隔β,MTMD总质量比nμT等参数对主结构减振效果的影响。研究表明,MTMD的总质量比越大,MTMD对主结构的减振控制效果越明显;MTMD中各TMD的阻尼比为0.01~0.02,频率间隔为0.15,阻尼器个数为11时对主结构的控制效果最明显;MTMD的控制频带要比单个TMD(同质量,同阻尼)宽,但是控制效果要差些,这是因为MTMD是以损失控制效果的代价来换取加宽被控频带的。
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