文档介绍：广西大学
硕士学位论文
高层建筑和高耸结构风振控制随机响应分析、优化设计与等效
风荷载取值的复模态方法
姓名:朱力华
申请学位级别:硕士
专业:结构工程
指导教师:李创第
20060501
要摘随着科学技术的进步和社会的发展,高层建筑和高耸结构不断的出现,并向着高强轻质的方向发展,结构的刚度和阻尼在不断的下降。作为高层建筑和高耸结构主要荷载的风,对结构的影响也在加大。通过风振控制技术,能够有效地减小结构的风振响应,提高结构的可靠性以及满足舒适度的要求,减少风灾造成的损失。蚑对结构的控制效果与其参数的选取有关,合理的选择有关参数,能够使总体结构的风振响应达到最小。本文对基础转动结构、带騎结构的高层建筑和高耸结构的随机风振响应、动力可靠性分析以及基于动力可靠性约束的优化设计方法进行了系统的研究,取得了以下成果:⒍杂谇蠼獯鳷或峁沟母卟憬ㄖ透咚式峁狗缯裣煊Φ慕馕鼋猓本文用了两种方法。对于只考虑第一振型的结构,利用李桂青教授的应用频域法求出了无控制装置结构的随机风振响应的解析解,并应用数学的分式变换法得出有控制装置结构的随机风振响应解析表达式。对于不仅仅是只考虑第一振型,也就是说,还要考虑第二、三振型甚至更高振型等高振型的高耸结构,它们整体系统的一个共同特点就是质量和刚度矩阵是非对称的,阻尼矩阵是非经典的,采用复模态方法和扩阶法,对基础转动结构和带騎结构的高层建筑和高耸结构进行解耦,得出了结构的风振响应解析表达式。⒗玫贸龅慕峁顾婊缯裣煊Φ慕馕鼋猓越峁乖谒婊绾稍刈饔孟碌随机时变动力可靠性进行了分析,给出了计算单自由度体系、多自由度体系、基础转动结构和带騎结构的高层建筑和高耸结构随机风振时变动力可靠性的解析方法。⑻岢鼋ǹ刂谱爸梅从Φ亩煽啃宰魑T际跫笨悸墙峁狗从Α控制装置参数约束条件下,将结构的平均最大风振位移作为目标函数,使其极小化,用罚函数方法对控制装置的参数进行优化设计,建立了基于动力可靠性约束的结构随机风振控制优化设计的方法。关键词:复模态,祝琓,婊缯裣煊Γ煽啃裕呕广西大学硕士论文
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第一章绪论§风及风对建筑结构的作用‘’风是空气相对于地面的运动。由于太阳对地球上大气加热和温度上升的不均匀性,在地球相同高度的两点间形成了压力差,从而产生了使压力趋于平衡的空气流动,就形成了风。不管什么类型的风,与建筑物有关的只是其靠近地面的流动风,即所谓近地风。由于靠近地面,因此当其穿过不同的地区或地形绾Q蟆⒙降亍⑵矫妗⑸地、森林和城市等保浔旧淼慕峁如湍流、旋涡尺寸等头⑸浠2同的时间和空间,风速和风向也不同,因此,近地风具有明显的紊乱性和随机性。从实测记录可以看出,风速可以看作两部分的组合:第一部分是长周期部分,其周期一般在十分钟以上,称为平均风部分:另一部分是短周期部分,是在平均风基础上的脉动,其周期一般在几秒到几十秒之间,称为脉动风部分。平均风的变化周期一般远离结构物的自振周期,对结构的作用可以看作静力作用:而脉动风的变化周期往往和结构物的自振周期比较接近,因而被当作动荷载处理,风对结构的作用可以看作平均风的静力作用和脉动风的动力作用的叠加。以下分别介绍对平均风和脉动风的描述。.骄绲拿枋觥平均风是在给定的时间间隔内,对建筑物的作用力的速度、方向及其它物理量看成不随时间变化的物理量,其周期大大地大于一般结构的自振周期,故这部分风本质是动力的,但与静力作用相近,可以认为其作用是静力的。脉动风是随时间按随机规律变化的,周期较短,其作用性质是完全动力的,应按动力来分析。一般将平均风处理为一随机变量,而脉动风则视为时间,的随机过程,而且通常又将其考虑为平稳随机过程。平均风的主要特征有:骄绲钠骄本啵缙拭妫畲蠓缢俚闹叵制凇广西大学硕士论文
瓦瓦兰:”式中:瓦,旷分别为时距瓦,丁的平均风速;参数”约为玱.。铡基本风速是指不同地区气象观察站通过风速仪的大量观察、记录,按照我国规定的标准的地面粗糙度类别、标准高度及重现期、平均风时距和平均风概率分布类型的条件下的记录数据进行统计分析进而得到该地的最大平均风速。大量观测表明,平均风速随平均时距的增长而减小,时距与风速的关系为:%平均风速沿高度的变化规律称为平均风梯度或风剖面,它也是风的重要特征。由于平均风速是沿高度递增的,其增长率与地面对风的阻力即地面粗糙度有关。因为接近地面的风受到地面各种物体即下垫层的摩擦而降低其速度。只有离地面陨系牡胤剑绮挪皇艿乇淼挠跋臁等人通过大量观测得出』剖面的经验公式为:矿式中:口是地面粗糙度系数;矿,矿分别为标准高度透叨菻处的平均风速。最大平均风速原始资料的搜集与统计,是进行结构抗