結(jié)構(gòu)風振控制的設(shè)計方法與應(yīng)用

前言

　　隨著建筑功能多樣化的需要，以及新材料、新結(jié)構(gòu)與新體系的不斷發(fā)展和應(yīng)用，高層建筑的層數(shù)不斷增多，高度不斷增高，結(jié)構(gòu)變得越來越柔，這種發(fā)展趨勢，給高層和超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了新的要求和挑戰(zhàn)。結(jié)構(gòu)抗風設(shè)計起著越來越重要的作用，傳統(tǒng)的抗風設(shè)計方法越來越難以滿足設(shè)計的要求，即便滿足要求，也是不經(jīng)濟的。有效、安全、可靠、經(jīng)濟的方法是采用風振控制技術(shù)和方法，即在結(jié)構(gòu)中設(shè)置控制裝置，通過調(diào)整或改變結(jié)構(gòu)動力特性的途徑，減小結(jié)構(gòu)的振動反應(yīng)，有效地保護結(jié)構(gòu)在強風中的安全和正常風荷載下的舒適性?！　〗?0年來，國內(nèi)外學者對結(jié)構(gòu)風振控制技術(shù)及相關(guān)的理論、方法進行了大量的研究和應(yīng)用，取得了豐碩成果。為了使這些成果能盡早應(yīng)用于我國高層和超高層建筑中，有效解決高層和超高層結(jié)構(gòu)的抗風設(shè)計，作者結(jié)合自己的研究，較系統(tǒng)地總結(jié)和闡述了結(jié)構(gòu)風振控制的理論、方法和技術(shù)，以及工程應(yīng)用的主要研究成果。本書共10章。第1章為結(jié)構(gòu)風振控制的概念與原理，第2章為風荷載特性與脈動風荷載的數(shù)值模擬，第3章為風振控制裝置的類型與性能，第4章為結(jié)構(gòu)風振控制分析方法，第5章為阻尼器對結(jié)構(gòu)風振控制的設(shè)計，第6章為TMD對結(jié)構(gòu)風振控制的設(shè)計，第7章為TLD對結(jié)構(gòu)風振控制的設(shè)計，第8章為磁流變阻尼器對結(jié)構(gòu)風振控制的設(shè)計，第9章為結(jié)構(gòu)風振控制實例，第10章為基于性能的結(jié)構(gòu)抗風設(shè)計理論框架。

內(nèi)容概要

　　《結(jié)構(gòu)風振控制的設(shè)計方法與應(yīng)用》系統(tǒng)地總結(jié)和闡述了結(jié)構(gòu)風振控制的理論、方法、技術(shù)和工程應(yīng)用的主要研究成果。主要內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)風振控制的概念與原理、風荷載特性與脈動風荷載的數(shù)值模擬、風振控制裝置的類型與性能、結(jié)構(gòu)風振控制分析方法、阻尼器對結(jié)構(gòu)風振控制的設(shè)計、TMD對結(jié)構(gòu)風振控制的設(shè)計、TLD結(jié)構(gòu)風振控制的設(shè)計、磁流變阻尼器對結(jié)構(gòu)風振控制的設(shè)計、結(jié)構(gòu)風振控制實例、基于性能的結(jié)構(gòu)抗風設(shè)計理論框架等。　　《結(jié)構(gòu)風振控制的設(shè)計方法與應(yīng)用》可供土木工程、結(jié)構(gòu)風工程、防災減災工程及防護工程、航空航天工程、機械設(shè)計制造與自動化、材料科學與工程的廣大科技人員參考，也可作為上述專業(yè)的研究生和高年級本科生的學習參考書。

作者簡介

　　周云，1965年9月生，云南人。1996年12月獲哈爾濱建筑大學結(jié)構(gòu)力學專業(yè)博士學位，1997年3月至2000年6月哈爾濱工業(yè)大學力學博士后流動站博士后，2001年12月破格晉升為教授。長期從事工程抗震與工程減震控制、城市公共安全與防災減災研究。先后主持完成國家自然科學基金等項目十余項，獲?。ú浚┘壙萍歼M步一、二、三等獎5項，市科技進步二、三等獎4項，發(fā)表學術(shù)論文160余篇，研制新型耗能減震裝置30余種，獲國家發(fā)明和新型實用專利8項，主編《建筑耗能減震技術(shù)規(guī)程》，參加《高層鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》等三個規(guī)范或規(guī)程的編寫；出版教材和著作14本。兼任土木工程學會防震減災工程技術(shù)推廣委員會副主任，國際結(jié)構(gòu)控制協(xié)會中國分會等多個協(xié)會或?qū)I(yè)委員會的常務(wù)委員或委員《土木工程學報》等8個學術(shù)刊物的編委。出版的著作與教材主要有：《耗能減震加固技術(shù)與設(shè)計方法》、《磁流變阻尼控制理論與技術(shù)》，《防屈曲耗能支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用》、《土木工程抗震設(shè)計》、《土木工程防災減災概論》、《防災減災工程學》、《金屬耗能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計》、《摩擦耗能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計》、《粘滯阻尼減震結(jié)構(gòu)設(shè)計》、《粘彈性阻尼減震結(jié)構(gòu)設(shè)計》等。

書籍目錄

第1章 結(jié)構(gòu)風振控制的概念與原理1.1 結(jié)構(gòu)的風致災害1.2 風對結(jié)構(gòu)的作用1.3 結(jié)構(gòu)風振控制概念與原理1.3.1 結(jié)構(gòu)控制的概念1.3.2 結(jié)構(gòu)風振控制的概念與原理1.4 結(jié)構(gòu)風振控制的應(yīng)用1.4.1 臺北101大廈1.4.2 紐約世界貿(mào)易中心1.4.3 湖南洞庭湖大橋參考文獻第2章 風荷載特性與脈動風荷載的數(shù)值模擬2.1 風的基本概念2.2 平均風速剖面2.3 基本風速與基本風壓2.3.1 基本風速2.3.2 基本風壓2.3.3 非標準條件下風速或風壓的換算方法2.4 結(jié)構(gòu)順風向風荷載特性2.4.1 平均風特性2.4.2 脈動風特性2.5 結(jié)構(gòu)橫風向風荷載特性2.5.1 渦激振動2.5.2 馳振2.5.3 顫振2.5.4 抖振2.5.5 風雨激振2.6 脈動風荷載的數(shù)值模擬2.6.1 諧波疊加法2.6.2 線性濾波法2.6.3 風荷載時程模擬的程序編制與算例參考文獻第3章 風振控制裝置的類型與性能3.1 被動控制裝置的類型與性能3.1.1 黏滯阻尼器3.1.2 黏彈性阻尼器3.1.3 鉛黏彈性阻尼器3.1.4 調(diào)頻質(zhì)量阻尼器3.1.5 調(diào)頻液體阻尼器3.2 主動控制裝置的類型與性能3.3 半主動控制裝置的類型與性能3.3.1 半主動變剛度控制系統(tǒng)3.3.2 半主動變阻尼控制系統(tǒng)3.4 智能控制裝置的類型與性能參考文獻第4章 結(jié)構(gòu)風振控制分析方法4.1 結(jié)構(gòu)分析模型4.1.1 普通結(jié)構(gòu)分析模型4.1.2 風振控制結(jié)構(gòu)分析模型4.2 阻尼器對結(jié)構(gòu)風振控制的分析4.2.1 時域分析4.2.2 頻域分析4.3 TMD對結(jié)構(gòu)風振控制的分析4.3.1 TMD的工作原理4.3.2 TMD對結(jié)構(gòu)風振控制的分析4.4 TLD對結(jié)構(gòu)風振控制的分析4.4.1 第一類TLD對結(jié)構(gòu)風振控制的分析4.4.2 第二類TLD對結(jié)構(gòu)風振控制的分析4.5 磁流變阻尼器對結(jié)構(gòu)風振控制的分析4.5.1 磁流變阻尼控制系統(tǒng)的基本模型4.5.2 風振控制算法4.5.3 磁流變阻尼控制系統(tǒng)權(quán)矩陣的選取4.5.4 磁流變阻尼器對結(jié)構(gòu)風振控制的分析4.6 高層結(jié)構(gòu)風振控制的優(yōu)化分析4.6.1 基于遺傳算法原理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析4.6.2 基于瑞利阻尼原理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析4.6.3 基于兩種優(yōu)化機制的高層鋼結(jié)構(gòu)算例對比分析參考文獻第5章 阻尼器對結(jié)構(gòu)風振控制的設(shè)計5.1 結(jié)構(gòu)抗風設(shè)計要求5.1.1 高層結(jié)構(gòu)的抗風設(shè)計要求5.1.2 高聳結(jié)構(gòu)的抗風設(shè)計要求5.1.3 大跨結(jié)構(gòu)的抗風設(shè)計要求5.2 結(jié)構(gòu)風振控制概念設(shè)計5.2.1 結(jié)構(gòu)風振控制的性能要求5.2.2 阻尼器的選擇與布置原則5.3 阻尼器對結(jié)構(gòu)風振控制的設(shè)計方法5.3.1 等效阻尼比的確定5.3.2 脈動增大系數(shù)與風振系數(shù)的確定5.3.3 結(jié)構(gòu)風振側(cè)移驗算5.3.4 人體舒適度驗算5.4 阻尼器對結(jié)構(gòu)風振控制的優(yōu)化設(shè)計5.4.1 阻尼器的參數(shù)優(yōu)化5.4.2 阻尼器的布置位置優(yōu)化5.5 阻尼器與結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計5.5.1 黏滯阻尼器與結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計5.5.2 黏彈性阻尼器與結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計5.6 阻尼器對結(jié)構(gòu)風振控制的設(shè)計算例5.6.1 工程概況5.6.2 阻尼器參數(shù)設(shè)計5.6.3 阻尼器對結(jié)構(gòu)的風振控制效果參考文獻第6章 TMD對結(jié)構(gòu)風振控制的設(shè)計6.1 TMD參數(shù)設(shè)計6.1.1 TMD質(zhì)量系統(tǒng)6.1.2 TMD阻尼系統(tǒng)6.1.3 TMD彈簧系統(tǒng)6.1.4 TMD系統(tǒng)振動頻率6.1.5 TMD支撐系統(tǒng)6.2 TMD對結(jié)構(gòu)風振控制的設(shè)計方法6.3 TMD對結(jié)構(gòu)風振控制的優(yōu)化設(shè)計6.4 TMD對結(jié)構(gòu)風振控制的設(shè)計算例6.4.1 工程概況6.4.2 結(jié)構(gòu)動力特性分析6.4.3 TMD系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)確定6.4.4 結(jié)構(gòu)順風向減振效果分析參考文獻第7章 TLD對結(jié)構(gòu)風振控制的設(shè)計7.1 TLD控制力設(shè)計7.1.1 TLD控制力設(shè)計7.1.2 TLCD控制力設(shè)計7.2 TLD參數(shù)設(shè)計7.2.1 TLD參數(shù)設(shè)計7.2.2 TLCD參數(shù)設(shè)計7.3 TLD對結(jié)構(gòu)風振控制的設(shè)計7.4 TLD對結(jié)構(gòu)風振控制的優(yōu)化設(shè)計7.4.1 TLD對結(jié)構(gòu)風振控制的優(yōu)化設(shè)計7.4.2 TLCD對結(jié)構(gòu)風振控制的優(yōu)化設(shè)計參考文獻第8章 磁流變阻尼器對結(jié)構(gòu)風振控制的設(shè)計8.1 磁流變阻尼器設(shè)計8.1.1 磁流變阻尼器的參數(shù)設(shè)計8.1.2 磁流變阻尼器的磁路設(shè)計8.2 磁流變阻尼器對結(jié)構(gòu)風振控制的設(shè)計8.2.1 最優(yōu)控制系統(tǒng)的性能指標8.2.2 性能指標對控制裝置位置矩陣的靈敏度8.2.3 性能指標增量計算及控制裝置的最優(yōu)分布參考文獻第9章 結(jié)構(gòu)風振控制實例9.1 某288m超高層結(jié)構(gòu)風振控制實例9.1.1 工程概況9.1.2 結(jié)構(gòu)風振控制方案設(shè)計9.1.3 結(jié)構(gòu)脈動風荷載的數(shù)值模擬9.1.4 結(jié)構(gòu)風振控制對比分析9.2 某456m超高層結(jié)構(gòu)風振控制實例9.2.1 工程概況9.2.2 結(jié)構(gòu)脈動風荷載的數(shù)值模擬9.2.3 結(jié)構(gòu)無控風振反應(yīng)分析9.2.4 結(jié)構(gòu)風振控制方案9.2.5 TMD參數(shù)優(yōu)化及其選取9.2.6 結(jié)構(gòu)風振控制對比分析9.3 某177m帶突出物的高層結(jié)構(gòu)風振控制實例9.3.1 工程概況9.3.2 結(jié)構(gòu)脈動風荷載模擬9.3.3 結(jié)構(gòu)無控風振反應(yīng)分析9.3.4 結(jié)構(gòu)減振方案9.3.5 結(jié)構(gòu)減振方案對比分析參考文獻第10章 基于性能的結(jié)構(gòu)抗風設(shè)計理論框架10.1 基于性能的結(jié)構(gòu)抗風設(shè)計理論框架10.2 設(shè)計風壓等級10.3 結(jié)構(gòu)風振性能水準10.3.1 人體振動舒適度10.3.2 結(jié)構(gòu)風振性能水準10.4 結(jié)構(gòu)性能目標10.5 結(jié)構(gòu)抗風概念設(shè)計10.6 結(jié)構(gòu)抗風計算分析10.7 結(jié)構(gòu)抗風性能的安全評價與社會經(jīng)濟評價參考文獻

章節(jié)摘錄

　　結(jié)構(gòu)控制就是通過在結(jié)構(gòu)上安裝控制裝置來減輕或抑制結(jié)構(gòu)由于動力荷載作用引起的反應(yīng)，該技術(shù)最初應(yīng)用于機械、宇航、船舶等工業(yè)領(lǐng)域。1972年，美籍華裔學者姚治平首次將結(jié)構(gòu)控制技術(shù)引入土木工程中。隨后，結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)在建筑工程中得到迅猛發(fā)展，目前已成為一個十分活躍的研究領(lǐng)域，近三十年的理論和實踐研究表明：結(jié)構(gòu)振動控制可以有效減輕結(jié)構(gòu)在風荷載作用下所引起的反應(yīng)和損傷，有效提高結(jié)構(gòu)的抗風能力和防災性能?！　〗Y(jié)構(gòu)振動控制根據(jù)是否需要外部能量輸入可分為被動控制、主動控制、半主動控制、智能控制和混合控制如圖1.7所示?！　”粍涌刂剖窃诮Y(jié)構(gòu)的某些部位安裝隔震或耗能裝置或子結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，或?qū)Y(jié)構(gòu)自身的某些構(gòu)件做構(gòu)造上的處理以改變結(jié)構(gòu)體系的動力特性。被動控制不需要外部能量輸入提供控制力，控制過程不依賴于結(jié)構(gòu)反應(yīng)和外界干擾信息，而且因其具有構(gòu)造簡單、造價低、易于維護等諸多優(yōu)點，成為目前研究和應(yīng)用較多的技術(shù)?！　≈鲃涌刂剖侵笐?yīng)用現(xiàn)代控制技術(shù)，對輸入的外部激勵和結(jié)構(gòu)反應(yīng)實現(xiàn)聯(lián)機實時監(jiān)測，再按分析計算結(jié)果應(yīng)用伺服加力裝置對結(jié)構(gòu)施加控制力，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，使結(jié)構(gòu)在風振和其他動力作用下的響應(yīng)控制在允許的范圍內(nèi)。

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