結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的設(shè)計(jì)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(shì)，給高層和超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了新的要求和挑戰(zhàn)。結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)起著越來越重要的作用，傳統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法越來越難以滿足設(shè)計(jì)的要求，即便滿足要求，也是不經(jīng)濟(jì)的。有效、安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的方法是采用風(fēng)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(dòng)力特性的途徑，減小結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)，有效地保護(hù)結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)中的安全和正常風(fēng)荷載下的舒適性?！　〗?0年來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制技術(shù)及相關(guān)的理論、方法進(jìn)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(fēng)設(shè)計(jì)，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(fēng)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(fēng)振控制的概念與原理，第2章為風(fēng)荷載特性與脈動(dòng)風(fēng)荷載的數(shù)值模擬，第3章為風(fēng)振控制裝置的類型與性能，第4章為結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制分析方法，第5章為阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的設(shè)計(jì)，第6章為TMD對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的設(shè)計(jì)，第7章為TLD對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的設(shè)計(jì)，第8章為磁流變阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的設(shè)計(jì)，第9章為結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制實(shí)例，第10章為基于性能的結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論框架。

內(nèi)容概要

　　《結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用》系統(tǒng)地總結(jié)和闡述了結(jié)構(gòu)風(fēng)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(fēng)振控制的概念與原理、風(fēng)荷載特性與脈動(dòng)風(fēng)荷載的數(shù)值模擬、風(fēng)振控制裝置的類型與性能、結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制分析方法、阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的設(shè)計(jì)、TMD對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的設(shè)計(jì)、TLD結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的設(shè)計(jì)、磁流變阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制實(shí)例、基于性能的結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論框架等?！　　督Y(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用》可供土木工程、結(jié)構(gòu)風(fēng)工程、防災(zāi)減災(zāi)工程及防護(hù)工程、航空航天工程、機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化、材料科學(xué)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(jí)本科生的學(xué)習(xí)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(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)專業(yè)博士學(xué)位，1997年3月至2000年6月哈爾濱工業(yè)大學(xué)力學(xué)博士后流動(dòng)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(zāi)減災(zāi)研究。先后主持完成國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目十余項(xiàng)，獲省（部）級(jí)科技進(jìn)步一、二、三等獎(jiǎng)5項(xiàng)，市科技進(jìn)步二、三等獎(jiǎng)4項(xiàng)，發(fā)表學(xué)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(shí)用專利8項(xiàng)，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(gè)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(xué)會(huì)防震減災(zāi)工程技術(shù)推廣委員會(huì)副主任，國際結(jié)構(gòu)控制協(xié)會(huì)中國分會(huì)等多個(gè)協(xié)會(huì)或?qū)I(yè)委員會(huì)的常務(wù)委員或委員《土木工程學(xué)報(bào)》等8個(gè)學(xué)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(jì)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(jì)與應(yīng)用》、《土木工程抗震設(shè)計(jì)》、《土木工程防災(zāi)減災(zāi)概論》、《防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)》、《金屬耗能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》、《摩擦耗能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》、《粘滯阻尼減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》、《粘彈性阻尼減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》等。

書籍目錄

第1章 結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的概念與原理1.1 結(jié)構(gòu)的風(fēng)致災(zāi)害1.2 風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的作用1.3 結(jié)構(gòu)風(fēng)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(fēng)振控制的概念與原理1.4 結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的應(yīng)用1.4.1 臺(tái)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(xiàn)第2章 風(fēng)荷載特性與脈動(dòng)風(fēng)荷載的數(shù)值模擬2.1 風(fēng)的基本概念2.2 平均風(fēng)速剖面2.3 基本風(fēng)速與基本風(fēng)壓2.3.1 基本風(fēng)速2.3.2 基本風(fēng)壓2.3.3 非標(biāo)準(zhǔn)條件下風(fēng)速或風(fēng)壓的換算方法2.4 結(jié)構(gòu)順風(fēng)向風(fēng)荷載特性2.4.1 平均風(fēng)特性2.4.2 脈動(dòng)風(fēng)特性2.5 結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向風(fēng)荷載特性2.5.1 渦激振動(dòng)2.5.2 馳振2.5.3 顫振2.5.4 抖振2.5.5 風(fēng)雨激振2.6 脈動(dòng)風(fēng)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(fēng)荷載時(shí)程模擬的程序編制與算例參考文獻(xiàn)第3章 風(fēng)振控制裝置的類型與性能3.1 被動(dòng)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(dòng)控制裝置的類型與性能3.3 半主動(dòng)控制裝置的類型與性能3.3.1 半主動(dòng)變剛度控制系統(tǒng)3.3.2 半主動(dòng)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(xiàn)第4章 結(jié)構(gòu)風(fēng)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(fēng)振控制結(jié)構(gòu)分析模型4.2 阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的分析4.2.1 時(shí)域分析4.2.2 頻域分析4.3 TMD對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的分析4.3.1 TMD的工作原理4.3.2 TMD對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的分析4.4 TLD對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的分析4.4.1 第一類TLD對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的分析4.4.2 第二類TLD對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的分析4.5 磁流變阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)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(fēng)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(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的分析4.6 高層結(jié)構(gòu)風(fēng)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(jī)制的高層鋼結(jié)構(gòu)算例對(duì)比分析參考文獻(xiàn)第5章 阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的設(shè)計(jì)5.1 結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)要求5.1.1 高層結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)要求5.1.2 高聳結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)要求5.1.3 大跨結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)要求5.2 結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制概念設(shè)計(jì)5.2.1 結(jié)構(gòu)風(fēng)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(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的設(shè)計(jì)方法5.3.1 等效阻尼比的確定5.3.2 脈動(dòng)增大系數(shù)與風(fēng)振系數(shù)的確定5.3.3 結(jié)構(gòu)風(fēng)振側(cè)移驗(yàn)算5.3.4 人體舒適度驗(yàn)算5.4 阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)5.5.1 黏滯阻尼器與結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)5.5.2 黏彈性阻尼器與結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)5.6 阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的設(shè)計(jì)算例5.6.1 工程概況5.6.2 阻尼器參數(shù)設(shè)計(jì)5.6.3 阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)的風(fēng)振控制效果參考文獻(xiàn)第6章 TMD對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的設(shè)計(jì)6.1 TMD參數(shù)設(shè)計(jì)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(dòng)頻率6.1.5 TMD支撐系統(tǒng)6.2 TMD對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的設(shè)計(jì)方法6.3 TMD對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的優(yōu)化設(shè)計(jì)6.4 TMD對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的設(shè)計(jì)算例6.4.1 工程概況6.4.2 結(jié)構(gòu)動(dòng)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(fēng)向減振效果分析參考文獻(xiàn)第7章 TLD對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的設(shè)計(jì)7.1 TLD控制力設(shè)計(jì)7.1.1 TLD控制力設(shè)計(jì)7.1.2 TLCD控制力設(shè)計(jì)7.2 TLD參數(shù)設(shè)計(jì)7.2.1 TLD參數(shù)設(shè)計(jì)7.2.2 TLCD參數(shù)設(shè)計(jì)7.3 TLD對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的設(shè)計(jì)7.4 TLD對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的優(yōu)化設(shè)計(jì)7.4.1 TLD對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的優(yōu)化設(shè)計(jì)7.4.2 TLCD對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的優(yōu)化設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)第8章 磁流變阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的設(shè)計(jì)8.1 磁流變阻尼器設(shè)計(jì)8.1.1 磁流變阻尼器的參數(shù)設(shè)計(jì)8.1.2 磁流變阻尼器的磁路設(shè)計(jì)8.2 磁流變阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的設(shè)計(jì)8.2.1 最優(yōu)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)8.2.2 性能指標(biāo)對(duì)控制裝置位置矩陣的靈敏度8.2.3 性能指標(biāo)增量計(jì)算及控制裝置的最優(yōu)分布參考文獻(xiàn)第9章 結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制實(shí)例9.1 某288m超高層結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制實(shí)例9.1.1 工程概況9.1.2 結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制方案設(shè)計(jì)9.1.3 結(jié)構(gòu)脈動(dòng)風(fēng)荷載的數(shù)值模擬9.1.4 結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制對(duì)比分析9.2 某456m超高層結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制實(shí)例9.2.1 工程概況9.2.2 結(jié)構(gòu)脈動(dòng)風(fēng)荷載的數(shù)值模擬9.2.3 結(jié)構(gòu)無控風(fēng)振反應(yīng)分析9.2.4 結(jié)構(gòu)風(fēng)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(fēng)振控制對(duì)比分析9.3 某177m帶突出物的高層結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制實(shí)例9.3.1 工程概況9.3.2 結(jié)構(gòu)脈動(dòng)風(fēng)荷載模擬9.3.3 結(jié)構(gòu)無控風(fēng)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(duì)比分析參考文獻(xiàn)第10章 基于性能的結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論框架10.1 基于性能的結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論框架10.2 設(shè)計(jì)風(fēng)壓等級(jí)10.3 結(jié)構(gòu)風(fēng)振性能水準(zhǔn)10.3.1 人體振動(dòng)舒適度10.3.2 結(jié)構(gòu)風(fēng)振性能水準(zhǔn)10.4 結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)10.5 結(jié)構(gòu)抗風(fēng)概念設(shè)計(jì)10.6 結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算分析10.7 結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能的安全評(píng)價(jià)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)參考文獻(xiàn)

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(dòng)力荷載作用引起的反應(yīng)，該技術(shù)最初應(yīng)用于機(jī)械、宇航、船舶等工業(yè)領(lǐng)域。1972年，美籍華裔學(xué)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(dòng)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(gè)十分活躍的研究領(lǐng)域，近三十年的理論和實(shí)踐研究表明：結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制可以有效減輕結(jié)構(gòu)在風(fēng)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(fēng)能力和防災(zāi)性能。　　結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制根據(jù)是否需要外部能量輸入可分為被動(dòng)控制、主動(dòng)控制、半主動(dòng)控制、智能控制和混合控制如圖1.7所示?！　”粍?dòng)控制是在結(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(dòng)力特性。被動(dòng)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(jià)低、易于維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為目前研究和應(yīng)用較多的技術(shù)?！　≈鲃?dòng)控制是指應(yīng)用現(xiàn)代控制技術(shù)，對(duì)輸入的外部激勵(lì)和結(jié)構(gòu)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，再按分析計(jì)算結(jié)果應(yīng)用伺服加力裝置對(duì)結(jié)構(gòu)施加控制力，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，使結(jié)構(gòu)在風(fēng)振和其他動(dòng)力作用下的響應(yīng)控制在允許的范圍內(nèi)。

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