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

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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。TMD和TLD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TMD或TLD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: 1、对于求解带TMD或TLD结构的高层建筑和高耸结构风振响应的解析解,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TMD或TLD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。 2、利用得出的结构随机风振响应的解析解,对结构在随机风荷载作用下的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TMD或TLD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。 3、提出将控制装置反应的动力可靠性作为约束条件,同时考虑结构反应、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。
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