CN117071772A - 一种大跨度楼盖低频风振下tmd群振动控制技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大跨度楼盖低频风振下TMD群振动控制技术，包括：1)在低频脉动风荷载作用下使得大跨度楼盖产生多阶易激发模态；以及2)进行模态分析，并根据模态分析结果在大跨度楼盖上进行TMD群分布式的布置；TMD包括上盖板(11)、下盖板(12)、多个支撑弹簧(13)、多个弹簧导轴(14)以及调频质量块(15)；弹簧导轴(14)的两端分别设置在上盖板(11)和下盖板(12)上，调频质量块(15)穿过弹簧导轴(14)而设置在上盖板(11)和下盖板(12)之间；所述多个支撑弹簧(13)分别套设在所述多个弹簧导轴(14)上，并且设置在调频质量块(15)下方，由此对调频质量块(15)进行支撑。
Description
技术领域
本发明涉及振动控制技术领域，特别是涉及一种大跨度楼盖低频风振下TMD(调谐质量阻尼器)群振动控制技术。
背景技术
目前，针对于大型大跨度楼盖在低频脉动风荷载作用下的振动危害问题，一般采用的以下三种方案：1)大跨度降低为小跨度，提升刚度，减少低频振动影响。2)增大截面或刚度，减少低频振动影响。3)采用局部耗能支撑。
但是上述方案均存在不足，例如方案1)中，由于本项目工程会对大型设备进行测试，如果将大跨度降低为小跨度，会造成下部空间的损失，降低了项目的使用空间。方案2)中，增大楼盖板的截面或刚度，会大幅提高楼盖的质量，消耗材料多，经济成本巨大。方案3)中，粘滞阻尼器针对于风致振动有较好的减振效果，但随着布置数量增多，会受安装位置影响，且局部耗能减振支撑不易调节维护。
因此，需要新的技术和方法，以至少部分地解决现有技术中存在的缺陷。
发明内容
为此，本发明技术针对大跨度楼盖结构在低频脉动风作用下，产生振动谐响应放大问题，采用分布的TMD群，节约空间灵活布置在大跨屋顶结构内，利用楼盖结构高阶模态分析的振型峰峰点进行TMD群优化布置，从而控制该大跨度楼盖振动满足要求。
根据本发明的一方面，提供一种大跨度楼盖低频风振下TMD群振动控制技术，包括：
1)在低频脉动风荷载作用下使得大跨度楼盖产生多阶易激发模态；以及
2)进行模态分析，并根据模态分析结果在大跨度楼盖上进行TMD群分布式的布置；
其中，TMD包括上盖板(11)、下盖板(12)、多个支撑弹簧(13)、多个弹簧导轴(14)以及调频质量块(15)；弹簧导轴(14)的两端分别设置在上盖板(11)和下盖板(12)上，调频质量块(15)穿过弹簧导轴(14)而设置在上盖板(11)和下盖板(12)之间；所述多个支撑弹簧(13)分别套设在所述多个弹簧导轴(14)上，并且设置在调频质量块(15)下方，由此对调频质量块(15)进行支撑。
根据本发明的实施方案，其中所述调频质量块(15)为多块。
根据本发明的实施方案，其中所述调频质量块(15)的质量与大跨度楼盖的质量之比为μ，0.01<μ<0.05。
根据本发明的实施方案，其中步骤2)包括根据模态分析确定易激发模态及其振型参与系数，确定其峰峰点和频率，由每个易激发模态峰峰点确定对应的分布式TMD的布置位置和对应频率，再由每个分布式TMD的布置点位置、频率和楼盖结构整体质量确定TMD的刚度和质量。
根据本发明的实施方案，其中模态分析参与质量达到整体的75％。
根据本发明的实施方案，其中所述TMD采用后置支撑式，在所述大跨度楼盖施工完之后设置。
本发明主要针对大跨度楼盖结构在低频脉动风荷载下的振动危害问题，提出一种基于楼盖的多阶模态分析，对大规模TMD群进行合理布置的TMD阻尼器群振动控制技术：根据TMD减振原理，考虑低频脉动荷载易激发出楼盖的多阶整体模态，利用各易激发模态的振型峰峰点位置优化布置TMD群，从而整体抑制楼盖的振动谐响应放大作用，降低低频脉动作用危害，另外采用的分布式后置TMD阻尼器，单个质量和体积较小方便布置和安装后调整。
根据下文结合附图对本发明具体实施示例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
图1为根据发明实施方案的大跨度楼盖低频风振下TMD群振动控制技术的TMD单元平面布置结构示意图；以及
图2为根据发明实施方案的大跨度楼盖低频风振下TMD群振动控制技术的TMD结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图、具体实施例对本发明进行进一步的详细说明，但实施例或者说明并不用来限制本发明的保护范围。应该理解的是，本发明所涉及的有限元模型建模、模态分析和优化设计等本身是已知的，因此本发明重点阐述各步骤的组合。
图1为根据发明实施方案的大跨度楼盖低频风振下TMD群振动控制技术的TMD单元平面布置结构示意图；图2为根据发明实施方案的大跨度楼盖低频风振下TMD群振动控制技术的TMD结构示意图。
参考附图，根据实施方案的大跨度楼盖低频风振下TMD群振动控制技术包括，首先在低频脉动风荷载作用下使得大跨度楼盖产生多阶易激发模态，然后进行模态分析，并根据模态分析结果在大跨度楼盖上进行TMD群分布式的布置。
本方案针对大跨楼盖在低频脉动风荷载作用下产生的工程振动问题而产生共振危害，建立了TMD群分布式的布置方案。由于跨度较大且楼盖总体属于柔性体系，总体基本频率较低，整体振型参振较为集中，尤其适合TMD进行调频减振。其分布式布置方案在大跨楼盖的有效布置点上布置多个体积和质量较小TMD阻尼器，在低频脉动风荷载作用下考虑多阶模态控制，分布式布置方案可以精确地对多种易激发模态峰峰点进行振动控制，可有效地控制钢桁架结构的低频振动，有效地解决了大跨楼板布置空间不足和多阶模态振动控制的问题。
另外，针对整个楼盖易被低频脉动激发的模态，提出TMD精细化细部拆分类型。其原则为根据模态分析确定易激发模态及其振型参与系数，确定其峰峰点和频率，由每个易激发模态峰峰点确定对应的分布式TMD的布置位置和对应频率，再由每个分布式TMD的布置点位置、频率和楼盖结构整体质量确定TMD的刚度和质量，即TMD的类型。其分析的模态参与质量达到整体的75％即可满足相关规范。
参考图2，实施方案调谐质量阻尼器TMD，由调频质量块(15)，支撑弹簧(13)与支座系统组成。将TMD系统的自身振动频率调整到结构振动的振动频率频率附近，当外力(地震、风振)使得结构物的振动被激发时，阻尼器会产生与结构反向共振的振动，此时作用在主结构上的能量会转移到调质阻尼器上，进而消散。
调频质量块(15)中使用的质量块可以是混凝土块、装铅的钢箱等，可以是一个或者多个，质量可达数百吨。质量块的大小由与结构质量比μ确定，一般选取0.01<μ<0.05。
撑弹簧(13)的功能是提供恢复力维持质量块振动和承担质量块重力，弹簧刚度由TMD的工作频率与质量块大小决定。
支座系统包括上盖板(11)、下盖板(12)、弹簧导轴(14)、锚固螺栓(16)等，其主要目的为将各部件组合为整体，对调频质量阻尼器单元进行锚固，与主结构相连。更具体地，弹簧导轴(14)的两端分别设置在上盖板(11)和下盖板(12)上，调频质量块(15)穿过弹簧导轴(14)而设置在上盖板(11)和下盖板(12)之间；所述多个支撑弹簧(13)分别套设在所述多个弹簧导轴(14)上，并且设置在调频质量块(15)下方，由此对调频质量块(15)进行支撑。锚固螺栓(16)用于固定弹簧导轴以及上下盖板，以及将整个TMD固定在屋盖上。
大跨度钢绗架屋盖20中的桁架结构常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中，通常也被称作屋架，一般支撑在混凝土墙30上。它具有设计、制作、安装均为简便、桁架适应跨度范围大等优势，故其应用非常广泛。但其侧向刚度小、柔度大，受风振影响大，需要设置减隔振措施。
相比于现有技术，本发明能够实现有益的技术效果：
1)分布形式的大规模TMD群。由于跨度较大且楼盖总体属于柔性体系，总体基本频率较低，整体振型参振较为集中，尤其适合TMD进行调频减振。现利用各激发模态振型的峰峰点位置，采用TMD群的分布布置形式，使得该TMD群方案可以有效控制大跨屋顶的低频振动响应，且采用分布形式时，单个TMD质量相对较小，体积较小，布置方便。
2)精确控制能力。基于TMD的减振原理，提出根据低频脉动荷载易激发出楼盖的多阶整体模态，利用各模态振型的峰峰点位置，进行大规模TMD群优化布置，实现对楼盖的振动谐响应的精准抑制作用，降低低频脉动作用危害。
3)后置支撑式可调。TMD群采用后置式和支撑式：采用支撑式可将TMD安装在屋顶内，节约了空间；于屋顶施工完毕后进场安装，在后期调整阻尼器位置和参数以及维修中可无损进行，有利于提高后期施工的便捷性和效率。
以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。
Claims (6)
1.一种大跨度楼盖低频风振下TMD群振动控制技术，其特征在于，包括：
1)在低频脉动风荷载作用下使得大跨度楼盖产生多阶易激发模态；以及
2)进行模态分析，并根据模态分析结果在大跨度楼盖上进行TMD群分布式的布置；
其中，TMD包括上盖板(11)、下盖板(12)、多个支撑弹簧(13)、多个弹簧导轴(14)以及调频质量块(15)；弹簧导轴(14)的两端分别设置在上盖板(11)和下盖板(12)上，调频质量块(15)穿过弹簧导轴(14)而设置在上盖板(11)和下盖板(12)之间；所述多个支撑弹簧(13)分别套设在所述多个弹簧导轴(14)上，并且设置在调频质量块(15)下方，由此对调频质量块(15)进行支撑。
2.根据权利要求1所述的大跨度楼盖低频风振下TMD群振动控制技术，其特征在于，所述调频质量块(15)为多块。
3.根据权利要求1所述的大跨度楼盖低频风振下TMD群振动控制技术，其特征在于，所述调频质量块(15)的质量与大跨度楼盖的质量之比为μ，0.01<μ<0.05。
4.根据权利要求1所述的大跨度楼盖低频风振下TMD群振动控制技术，其特征在于，步骤2)包括根据模态分析确定易激发模态及其振型参与系数，确定其峰峰点和频率，由每个易激发模态峰峰点确定对应的分布式TMD的布置位置和对应频率，再由每个分布式TMD的布置点位置、频率和楼盖结构整体质量确定TMD的刚度和质量。
5.根据权利要求4所述的大跨度楼盖低频风振下TMD群振动控制技术，其特征在于，模态分析参与质量达到整体的75％。
6.根据权利要求1所述的大跨度楼盖低频风振下TMD群振动控制技术，其特征在于，所述TMD采用后置支撑式，在所述大跨度楼盖施工完之后设置。
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