WO2021000291A1 - 高空提升施工的水平振动控制方法 - Google Patents

高空提升施工的水平振动控制方法 Download PDF

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tmd
lifted structure
lifted
horizontal
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王龙
梁湖清
卢德辉
陈臻颖
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广州建筑股份有限公司
广州五羊建设机械有限公司
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/92—Protection against other undesired influences or dangers
    • E04B1/98—Protection against other undesired influences or dangers against vibrations or shocks; against mechanical destruction, e.g. by air-raids

Definitions

  • the invention belongs to the technical field of tuned mass dampers, and specifically relates to a horizontal vibration control method for high-altitude lifting construction.
  • Steel structure has the advantages of high strength, good seismic performance, and fast construction speed. It is widely used in countries all over the world, especially some large-span, large cantilever structures, such as stadiums, airport terminals, exhibition centers, high-speed railway stations, Projects such as financial centers.
  • Overall lifting construction is the main construction method for large-span, large cantilever steel structures. This construction method transforms high-altitude operations into ground operations, realizes the mechanization, assembly and automation of on-site installation and construction, and improves the overall construction quality and safety.
  • the tuned mass damper is composed of a mass, a spring and a damping system. It achieves the effect of damping by adjusting its vibration frequency to the vicinity of the main structure (that is, the structure to be damped). Therefore, how to design a tuned mass damper to achieve a better vibration reduction effect has become an urgent problem to be solved at present.
  • the present invention provides a horizontal vibration control method for high-altitude lifting construction, which effectively reduces the horizontal vibration range and vibration time of the lifted structure during the lifting process, and improves the safety and safety during the lifting construction process. effectiveness.
  • a horizontal vibration control method for high-altitude lifting construction including the following steps: adopting TMD to reduce vibration during the lifting construction;
  • the parameters of the TMD are determined through the following steps:
  • the TMD of the optimal design parameter can be used in high-altitude lifting construction
  • the vibration reduction target value in step (1) satisfies:
  • the target reduction in the horizontal displacement interval is ⁇ 30%
  • the target reduction of vibration time is ⁇ 80%.
  • T is the height of the lifting point.
  • the TMD uses post-bulk components as masses, and the lifted structure refers to pre-assembled components.
  • step (3) the determination of the wind load Fw and the fitted wind time history load are determined by wind tunnel tests.
  • step (7) the calculation steps of the equivalent damping ratio include:
  • the Newmark- ⁇ method is used to calculate the horizontal displacement attenuation curve u(t) of the lifted structure
  • the horizontal vibration control method of the present invention adds TMD during the lifting of the structure to be lifted, which can effectively reduce the horizontal vibration range and vibration time of the structure to be lifted during the lifting process, and improve the safety and efficiency of the lifting construction process.
  • a designed TMD is used to control horizontal vibration; among them, according to the parameter characteristics of the lifted structure, including mass, stiffness, damping ratio, etc., select the mass range and damping ratio range of the TMD, and Trial calculation and comparison within the selected range, determine the optimal design parameters of TMD from the selected range, and further verify the vibration reduction effect under the optimal design parameters.
  • the optimal design The parameters can be determined as the final design parameters of the TMD; when the damping effect does not reach the preset target value, it restarts until the optimal design parameter meeting the preset target value is found.
  • the rear assembly is used as the mass block without adding additional mass blocks, the total weight of the provided structure is increased, the number of reciprocating lifting constructions is reduced, and the efficiency of lifting construction is effectively improved.
  • Figure 1 is a step diagram of the horizontal vibration control method for high-altitude lifting construction according to the present invention
  • Figure 2 is the wind load time history curve
  • Figure 3 is the vibration displacement curve of the lifted structure under wind time history load without TMD system
  • Figure 5 The relationship curve between equivalent damping ratio and TMD damping ratio of the lifted structure
  • the present invention discloses a horizontal vibration control method for high-altitude lifting construction, which includes the following steps: adopting TMD to reduce vibration during the lifting construction;
  • the parameters of the TMD are determined through the following steps:
  • the target reduction in the horizontal displacement interval is ⁇ 30%
  • the target reduction of vibration time is ⁇ 80%.
  • T is the height of the lifting point.
  • the horizontal damping ⁇ 1 of the lifted structure during the lifting process is mainly composed of air resistance, rope connection friction and material damping.
  • the actual damping ratio can be obtained from the instantaneous curve of the test.
  • myopia calculation please refer to the "Code for Seismic Design of Buildings" GB50011-2010.
  • the TMD uses the bulk components as the mass. Therefore, in this method, the actual total weight of the lifted structure is m 1 +m 2 , which increases the total weight of the lifted structure and reduces the number of reciprocating lifts.
  • the value of the vibration stiffness k 2 can be based on the principle of resonance, so that the mass of the TMD resonates with the structure to be lifted, thereby producing maximum efficiency, that is, the natural frequency w TMD of the mass is equal to the natural frequency w 1 of the structure to be lifted, then
  • the calculation steps of equivalent damping ratio include:
  • the Newmark- ⁇ method is used to calculate the horizontal displacement attenuation curve u(t) of the lifted structure
  • step (5) can be performed in parallel with step (9).
  • the TMD of the optimal design parameter can be used in high-altitude lifting construction
  • the horizontal vibration control method of the present invention adds TMD during the lifting of the lifted structure, which can effectively reduce the horizontal vibration range and vibration time of the lifted structure during the lifting process, and improve the safety during the lifting construction. And efficiency.
  • a designed TMD is used to control horizontal vibration; among them, according to the parameter characteristics of the lifted structure, including mass, stiffness, damping ratio, etc., select the mass range and damping ratio range of the TMD, and Trial calculation and comparison within the selected range, determine the optimal design parameters of TMD from the selected range, and further verify the vibration reduction effect under the optimal design parameters.
  • the optimal design The parameters can be determined as the final design parameters of the TMD; when the damping effect does not reach the preset target value, it restarts until the optimal design parameter meeting the preset target value is found. It can be seen that by adopting the final design parameters in the lifting construction process, the horizontal vibration range and vibration time of the lifted structure can be effectively reduced, and the vibration can be controlled within the preset range.
  • the sky hotel of this project is a cantilevered steel structure erected above two towers (one of which has an elevation of 137.04m).
  • the cantilevered steel structure is folded in the air into an L-shaped space structure system. There are 7 floors.
  • the height of the steel structure of the Sky Hotel is about 25.50m, and the total weight of the steel structure of the Sky Hotel is about 2,000 tons (the structural part is 1,600 tons).
  • the cantilevered steel structural member that is, the structure being lifted
  • TMD is used to reduce vibration during the lifting construction; wherein, the parameters of the TMD are determined through the following steps:
  • the horizontal vibration interval of the lifted structure under wind load is reduced by 30%, while the vibration time is reduced by 80%.
  • the wind load of the lifted structure at the controlled height is estimated.
  • Standard value of wind load: w k ⁇ z ⁇ s ⁇ z w 0 , where w 0 is the basic wind pressure, which is 0.04 kN/m 2 according to the five-level wind, and ⁇ s is the wind load carrier shape factor, which is 1.1; ⁇ z Take 1.56 for the height variation coefficient; ⁇ z take 1.5 for the wind vibration coefficient.
  • the damping ratio of the lifted structure ⁇ 1 0.01.
  • [C] ([ ⁇ ] T ) -1 [C n ][ ⁇ ] -1 (Formula 2-2); where: Are the vectors of displacement, velocity and acceleration of the structure, Is the structural quality matrix, Is the damper damping matrix of the TMD system, and the viscosity coefficient of the -c d damper; Is the structural stiffness matrix, Is the external load;
  • [C] is the structural damping matrix to be constructed, and [C n ] and [ ⁇ ] are obtainable.
  • the values of the parameters associated with the TMD system can be set to 0 or a very small value.
  • the vibration displacement curve of the lifted structure without the TMD system can be obtained as shown in Figure 3.
  • the maximum vibration displacement is 0.106m
  • the horizontal vibration interval R 1 is [-0.106,0.106].
  • the components of the rear bulk part can be used as the mass of the TMD.
  • the damping ratio of the lifted structure ⁇ 1 0.01.
  • the trial calculation value of TMD damping ratio ⁇ 2 takes 0.01, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3 in seven groups.
  • the time history of the fluctuating wind load is input as the external load to the installed TMD structure, and compared with the structure without TMD installed, the vibration displacement curve is shown in Figure 8.
  • the maximum vibration displacement with TMD installed is 0.39m, then the vibration interval R 2 is [-0.069,0.069], which is 35%>30% less than the maximum vibration displacement of the structure without TMD, which means that the target reduction in the horizontal vibration interval is met the amount.
  • the TMD under this design parameter can effectively reduce the horizontal vibration interval of the lifted structure during the lifting process.

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Abstract

一种高空提升施工的水平振动控制方法，包括步骤：确定减振目标值；确定最大侧向位移高度；确定风荷载F w；确定被提升结构的特征参数：质量m 1、振动刚度k 1、阻尼比§ 1；根据被提升结构的特性参数，确定TMD的初始设计参数：质量m 2、振动刚度k 2、阻尼比§ 2；分别计算TMD为被提升结构时，m2和§ 2在不同取值下的等效阻尼比§ q；确定等效阻尼比最大时对应的最优设计参数；比较在TMD为最优设计参数时和在无TMD时，被提升结构的水平位移区间和被提升结构的振动时间；若满足减振目标值，则可将最优设计参数的TMD用于高空提升施工中；否则，返回开始确定特征参数。该方法减轻了被提升结果在提升过程中的水平振动范围和振动时间。

Description

高空提升施工的水平振动控制方法 技术领域
本发明属于调谐质量阻尼器技术领域，具体涉及一种高空提升施工的水平振动控制方法。
背景技术
钢结构具有强度高、抗震性能好、施工速度快等优点，在世界各国都得到广泛应用，特别是一些大跨度、大悬挑结构，如体育场馆、机场航站楼、会展中心、高铁站、金融中心等工程。整体提升施工是大跨度、大悬挑钢结构主要的施工方法，该施工方法将高空作业转化地面作业，实现现场安装施工的机械化、装配化、自动化，整体提高了施工质量和安全。
但是，在提升施工过程结构在风荷载作用下产生振动，特别在高层建筑项目的整体提升过程中，结构振动存在安全隐患，因此在提升的过程中，往往需要增加调谐质量阻尼器(Tuned mass damper，简称TMD)进行减振。调谐质量阻尼器由质块、弹簧和阻尼系统组成,其通过将其振动频率调整到主结构附近(即待减振结构)以达到减振的作用。因此，如何设计调谐质量阻尼器达到更好的减振效果，成为目前亟需解决的问题。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供了一种高空提升施工的水平振动控制方法，有效地减轻了被提升结构在提升过程中的水平振动范围和振动时间，提高了提升施工过程中的安全度和效率。
本发明采用了以下技术方案：
一种高空提升施工的水平振动控制方法，包括以下步骤：在提升施工过程中采用TMD进行减振；
其中，所述TMD的参数确定通过以下步骤确定：
(1)确定减振目标值，包括被提升结构的水平位移区间R和振动时间t的目标减少量；
(2)根据风荷载理论，确定最大侧向位移高度；
(3)根据被提升结构特点，确定风荷载F w、拟合风时程荷载；
(4)确定被提升结构的特征参数：质量m 1、振动刚度k 1阻尼比ξ 1；
(5)在无TMD时，采用风时程荷载分别计算在最大侧向位移高度处，被提升结构的水平位移区间R 1和被提升结构的振动时间t 1；
(6)根据被提升结构的特性参数，确定TMD的初始设计参数：质量m 2、振动刚度k 2、阻尼比ξ 2；其中，m 2满足m 2/m 1＝0.05～0.2；ξ 2的取值区间为[0.01,0.3]；
(7)根据被提升结构和TMD的特征参数，分别计算TMD为被提升结构时，m 2和ξ 2在不同取值下的等效阻尼比ξ q；
(8)确定等效阻尼比最大时，TMD对应的最优设计参数；
(9)在TMD为最优设计参数时，采用风时程荷载分别计算在最大侧向位移高度处，被提升结构的水平位移区间R 2和被提升结构的振动时间t 2；
(10)分别比较TMD为最优设计参数时，被提升结构的水平位移区间和被提升结构的振动时间，相较于无TMD时的减少量；
若被提升结构的水平位移区间和被提升结构的振动时间的减少量均满足减振目标值，则可将该最优设计参数的TMD用于高空提升施工中；
否则，返回步骤(4)重新开始。
进一步的，步骤(1)中的减振目标值满足：
水平位移区间目标减少量≥30％；
振动时间目标减少量≥80％。
进一步的，步骤(2)中的最大侧向位移的高度H(u max)满足：
H(u max)＝0.242*T；
其中，T为提升吊点的高度。
进一步的，所述TMD采用后散装的构件作为质量块，所述被提升结构指预拼装构件。
进一步的，在步骤(3)中，确定风荷载F w和拟合风时程荷载通过风洞试验确定。
进一步的，在步骤(6)中，令质量块的自振频率w TMD等于被提升结构的自振频率w 1，则可确定质量块的刚度k 2＝k 1m 2/m 1。
进一步的，在步骤(7)中，等效阻尼比的计算步骤包括：
确定被提升结构一个初始水平位移u 0＝F w/k 1；
根据初始位移u 0，采用Newmark-β法计算出被提升结构的水平位移衰减曲线u(t)；
取水平位移衰减曲线的水平各波峰值为数据点，并按下述公式进行拟合，即可得到被提升结构的等效阻尼比ξ q；
Figure PCTCN2019094567-appb-000001
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的水平振动控制方法，在提升被提升结构的过程中增加TMD，可有效地减轻被提升结构在提升过程中的水平振动范围和振动时间，提高了提升施工过程中的安全度和效率。 具体的，在该方法中，采用经过设计的TMD进行水平振动的控制；其中根据被提升结构的参数特征，包括质量、刚度、阻尼比等，选取该TMD的质量范围和阻尼比范围，并在选取的范围内试算比较，从选取的范围内确定TMD最优设计参数，并进一步验证该最优设计参数下的减振效果，当该减振效果达到预设的目标时，该最优设计参数即可确定为TMD最终的设计参数；当减振效果未达到预设目标值时，则重新开始直至找到符合预设目标值下的最优设计参数。通过在提升施工过程中采用最终的设计参数，可有效地减少被提升结构的水平振动范围和振动时间，将振动控制在预设的范围内。
本发明，采用后拼装件作为质量块，无需增加额外的质量块，提高了被提供结构的总重量，减少了往复提升施工的次数，有效地提高了提升施工的效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术作进一步地详细说明：
图1是本发明所述的高空提升施工的水平振动控制方法步骤图；
图2是风荷载时程曲线；
图3是无TMD系统时风时程荷载作用下被提升结构的振动位移曲线；
图4无TMD系统时被提升结构的振动自由衰减曲线；
图5被提升结构等效阻尼比与TMD阻尼比关系曲线；
图6被提升结构振动时间与TMD阻尼比关系曲线；
图7在ξ 2＝0.15时，被提升结构的振动自由衰减曲线；
图8风时程荷载作用下被提升结构的振动位移曲线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明公开了一种高空提升施工的水平振动控制方法，包括以下步骤：在提升施工过程中采用TMD进行减振；
其中，所述TMD的参数确定通过以下步骤确定：
(1)确定减振目标值，包括被提升结构的水平位移区间R和振动时间t的目标减少量；该减振目标值满足：
水平位移区间目标减少量≥30％；
振动时间目标减少量≥80％。
(2)根据风荷载理论，确定最大侧向位移高度H(u max)(即控制高度H(u max))；该最大侧向位移的高度H(u max)满足：
H(u max)＝0.242*T；
其中，T为提升吊点的高度。
(3)根据被提升结构特点，确定风荷载F w、拟合风时程荷载；由于被提升结构的结构通常不规则，难以通过理论分析计算，因此，优选通过风洞试验确定风荷载F w和拟合风时程荷载。当然，此处如果只是近似取风荷载的值，也可根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012要求拟合得到。
(4)确定被提升结构的特征参数：质量m 1、振动刚度k 1阻尼比ξ 1；该被提升结构指预拼装构件，其质量为m 1，刚度k 1为：
k 1＝m 1g/L
其中，L为吊绳的长度，取L＝T-H(u max)。
被提升结构提升过程水平向的阻尼ξ 1主要由空气阻力、绳索连接摩擦以及材料阻尼组成，实际阻尼比可通过试验的瞬间曲线获得，近视计算可参考《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中对钢结构阻尼建议，取ξ 1＝0.01。
(5)在无TMD时，采用风时程荷载分别计算在最大侧向位移高度处，被提升结构的水平位移区间R 1和被提升结构的振动时间t 1；
(6)根据被提升结构的特性参数，确定TMD的初始设计参数：质量m 2、振动刚度k 2、阻尼比ξ 2；其中，考虑到减振效果、经济性以及施工效率综合因素，m 2的取值一般满足m 2/m 1＝0.05～0.2；ξ 2的取值区间为[0.01,0.3]；
该TMD采用后散装的构件作为质量块。因此，在该方法中，实际被提升结构的总重量为m 1+m 2，增加了被提成结构的总重量，减少了往复提升的次数。
振动刚度k 2的取值可根据共振原理，使得TMD的质量块与被提升结构共振，进而产生最大的效能，即令质量块的自振频率w TMD等于被提升结构的自振频率w 1，则可确定质量块的刚度k 2＝k 1m 2/m 1
(7)根据被提升结构和TMD的特征参数，分别计算TMD为被提升结构时，m 2和ξ 2在不同取值下的等效阻尼比ξ q；
等效阻尼比的计算步骤包括：
确定被提升结构一个初始水平位移u 0＝F w/k 1；；
根据初始位移u 0，采用Newmark-β法计算出被提升结构的水平位移衰减曲线u(t)；
取水平位移衰减曲线的水平各波峰值为数据点，并按下述公式进行拟合，即可得到被提 升结构的等效阻尼比ξ q；
Figure PCTCN2019094567-appb-000002
(8)确定等效阻尼比最大时，TMD对应的最优设计参数；
(9)在TMD为最优设计参数时，采用风时程荷载分别计算在最大侧向位移高度处，被提升结构的水平位移区间R 2和被提升结构的振动时间t 2；
其中，步骤(5)可与步骤(9)并列进行。
(10)分别比较TMD为最优设计参数时，被提升结构的水平位移区间和被提升结构的振动时间，相较于无TMD时的减少量；
若被提升结构的水平位移区间和被提升结构的振动时间的减少量均满足减振目标值，则可将该最优设计参数的TMD用于高空提升施工中；
否则，返回步骤(4)重新开始。
基于上述步骤，本发明的水平振动控制方法，在提升被提升结构的过程中增加TMD，可有效地减轻被提升结构在提升过程中的水平振动范围和振动时间，提高提升施工过程中的安全度和效率。具体的，在该方法中，采用经过设计的TMD进行水平振动的控制；其中根据被提升结构的参数特征，包括质量、刚度、阻尼比等，选取该TMD的质量范围和阻尼比范围，并在选取的范围内试算比较，从选取的范围内确定TMD最优设计参数，并进一步验证该最优设计参数下的减振效果，当该减振效果达到预设的目标时，该最优设计参数即可确定为TMD最终的设计参数；当减振效果未达到预设目标值时，则重新开始直至找到符合预设目标值下的最优设计参数。由此可知，通过在提升施工过程中采用最终的设计参数，可有效地减少被提升结构的水平振动范围和振动时间，将振动控制在预设的范围内。
为更好的说明本发明的技术要点，下面结合具体实施例进行说明。
实施例1
位于佛山某地的一项目，该项目的空中酒店为架设于两塔(其中一塔的标高137.04m)以上部分的悬挑钢结构，该悬挑钢结构在空中合拢为L型空间结构体系，共有7层。空中酒店钢结构的自身高约25.50m，空中酒店钢结构总重约2000吨(结构部分1600吨)。在风荷载和其他荷载作用下，用于悬挑钢结构构件(即被提升结构)产生水平位移，并在一定区间内往复振动。当振动较大时，被提升结构可能会撞到周围的建筑，导致安全事故。同时，由于被提升结构阻尼比较低，被提升结构发生振动后，恢复到静止状态需要很长的时间，影响提升的进度。在该项目中在提升施工过程中采用TMD进行减振；其中，所述TMD的参数确定通过以下步骤确定：
1、减振目标、控制高度与风荷载
(1)减振目标
被提升结构在风荷载作用下水平振动区间减小30％，同时振动时间减少80％。
(2)控制高度
该项目提升吊点高度为165米，控制高度H(u max)＝0.242*T＝0.242*165＝40米。
(3)风荷载
根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012估算被提升结构在控制高度处的风荷载。风荷载标准值：w k＝β zμ sμ zw 0，式中，w 0为基本风压，按五级风取0.04kN/m 2，μ s为风荷载体形系数取1.1；μ z为高度变化系数取1.56；β z为风振系数取1.5。被提升结构迎风轮廓面积为A＝42*25＝1050m 2，被提升结构迎风轮廓面上刚桁架面积As＝382m 2。由于在风荷载体形系数μ s取时已考虑桁架面积As的折减。所以，风荷载F w＝w k*A＝0.103*1050＝107.9kN。
根据其附录2的方法拟合得到40米处脉动风荷载时程，如图2所示。
2、确定无TMD系统时结构振动情况
(1)分析参数的确定
空中酒店钢结构总重约2000吨，被提升结构(即预拼装构件)的质量m 1＝1600*10 3kg。被提升结构振动刚度k 1＝m 1g/L＝1600*10 3*10/(165-40)＝128*10 3N/m。被提升结构阻尼比ξ 1＝0.01。
(2)确定被提升结构初始位移
u 0＝F w/k 1＝107.9*103/128*103＝0.84m。
(3)确定被提升结构振动位移区间
采用如下的计算模型：
Figure PCTCN2019094567-appb-000003
[C]＝([Φ] T) -1[C n][Φ] -1   (公式2-2)；其中：
Figure PCTCN2019094567-appb-000004
分别是结构的位移、速度和加速度的向量，
Figure PCTCN2019094567-appb-000005
Figure PCTCN2019094567-appb-000006
是结构质量矩阵，
Figure PCTCN2019094567-appb-000007
是TMD系统的阻尼器阻尼矩阵，-c d阻尼器的粘滞系数；
Figure PCTCN2019094567-appb-000008
是结构刚度矩阵，
Figure PCTCN2019094567-appb-000009
是外荷载；
[C]是待构造的结构阻尼矩阵，[C n]和[Φ]是可求的。[C n]＝diag(2 ζ n ω nM n)，其中[M n]＝[Φ] T[M][Φ]，diag()函数代表对角矩阵，ζ n为阻尼比(一般可设相同值)，ω n频率和[Φ]振型矩阵可由([K]-ω 2[M]){Φ}＝{0}求解特征值和特征向量得到。
当利用本计算模型计算无TMD系统下的振动位移，可将与TMD系统关联参数的取值均设置为0或者极小的值。
因此，将脉动风荷载时程作为外荷载输入，即可得到在无TMD系统时被提升结构的振动位移曲线如图3所示。最大振动位移为0.106m，则水平振动区间R 1为[-0.106,0.106]。
(4)确定被提升结构振动时间
设定被提升结构初始水平位移为u 0＝0.84m，即可得如图4所示的提升结构在水平位移方向上的振动自由衰减曲线。假设被提升结构振动位移降到最大位移时的10％认为结构已经近似静止，根据公式
Figure PCTCN2019094567-appb-000010
计算得到被提升结构振动时间为814s。
3、TMD系统的减振设计与分析
(1)分析参数的确定
根据实际情况，可将后散装部分的构件作为TMD的质量块。设TMD质量与被提升结构质量比m 2/m 1＝1/20，即m 1＝1524*10 3kg，m 2＝76*10 3kg。计算得到被提升结构刚度k 1＝m 1g/L＝1524*10 3*10/(165-40)＝121.9*10 3N/m。而为了使TMD效果发挥较大效果，令TMD的质量块的自振频率w TMD等于被提升结构的自振频率w 1，即可得k 2＝k 1m 2/m 1＝6.08*103N/m。被提升结构阻尼比ξ 1＝0.01。
TMD的阻尼比ξ 2试算值取0.01，0.05，0.1，0.15，0.2，0.25，0.3共七组。
(2)确定被提升结构初始水平位移
静力风荷载作用下被提升结构的位移可以认为与无TMD时相同，即u 0＝0.84m。
(3)计算TMD为被提升结构附加的等效阻尼比
分别计算TMD在不同阻尼比ξ 2情况下的被提升结构等效阻尼比ξ q，如下表1所示。可知，随TMD阻尼比ξ 2增大，被提升结构等效阻尼比ξ q由小增大到峰值后逐渐降低。
表1被提升结构的等效阻尼比与振动时间
Figure PCTCN2019094567-appb-000011
Figure PCTCN2019094567-appb-000012
如图5所示，当TMD阻尼比ξ 2＝0.15时，被提升结构等效阻尼比ξ q达到最大值0.062。由于被提升结构振动时间与等效阻尼比ξ q成反比，所以，随TMD阻尼比ξ 2增大，被提升结构振动时间t由大减小到下峰值后逐渐增大。如图6所示，当TMD阻尼比ξ 2＝0.15时，被提升结构振动时间t＝131s，与无安装TMD对比振动时间减少了83.9％>80％，也即满足振动时间的目标减少量。TMD的阻尼比ξ 2＝0.15时，被提升结构的振动自由衰减曲线如图7所示。采用该设计参数下的TMD可有效减少被提升结构在提升过程中的振动时间。
(4)被提升结构振动位移区间
采用上述公式2-1和公式2-2的计算模型，将脉动风荷载时程作为外荷载输入安装TMD结构的，并与无安装TMD的结构进行对比，振动位移曲线如图8所示。有安装TMD的最大振动位移为0.39m，则振动区间R 2为[-0.069,0.069]，比无安装TMD的结构最大振动位移减小了35％>30％,即满足水平振动区间的目标减少量。采用该设计参数下的TMD可有效减少被提升结构在提升过程中的水平振动区间。
(5)不同质量比情况的计算分析
对TMD质量与被提升结构质量比m 2/m 1＝1/20的情况进行了计算分析，采用相同方法对m 2/m 1＝1/10、m 2/m 1＝1/7和m 2/m 1＝1/5两种情况进行计算，计算结果如下表2所示。从计算结果可以看出，随TMD质量与被提升结构质量比m 2/m 1的增大，振动位移减小率和振动时间减小率都逐渐提高。当质量比m 2/m 1＝1/20时，振动位移减小率达到35％，振动时间减小率达到83.9％，表明5％的质量比已经能达到很好的减振效果，达到减振设计目标的要求。
表2不同质量比的减振效果
Figure PCTCN2019094567-appb-000013
本发明所述的高空提升施工的水平振动控制方法的其它内容参见现有技术，在此不再赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是 未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

  1. 一种高空提升施工的水平振动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：在提升施工过程中采用TMD进行减振；
    其中，所述TMD的参数确定通过以下步骤确定：
    (1)确定减振目标值，包括被提升结构的水平位移区间R和振动时间t的目标减少量；
    (2)根据风荷载理论，确定最大侧向位移高度；
    (3)根据被提升结构特点，确定风荷载F w、拟合风时程荷载；
    (4)确定被提升结构的特征参数：质量m 1、振动刚度k 1阻尼比ξ 1；
    (5)在无TMD时，采用风时程荷载分别计算在最大侧向位移高度处，被提升结构的水平位移区间R 1和被提升结构的振动时间t 1；
    (6)根据被提升结构的特性参数，确定TMD的初始设计参数：质量m 2、振动刚度k 2、阻尼比ξ 2；其中，m 2满足m 2/m 1＝0.05～0.2；ξ 2的取值区间为[0.01,0.3]；
    (7)根据被提升结构和TMD的特征参数，分别计算TMD为被提升结构时，m 2和ξ 2在不同取值下的等效阻尼比ξ q；
    (8)确定等效阻尼比最大时，TMD对应的最优设计参数；
    (9)在TMD为最优设计参数时，采用风时程荷载分别计算在最大侧向位移高度处，被提升结构的水平位移区间R 2和被提升结构的振动时间t 2；
    (10)分别比较TMD为最优设计参数时，被提升结构的水平位移区间和被提升结构的振动时间，相较于无TMD时的减少量；
    若被提升结构的水平位移区间和被提升结构的振动时间的减少量均满足减振目标值，则可将该最优设计参数的TMD用于高空提升施工中；
    否则，返回步骤(4)重新开始。
  2. 根据权利要求1所述的水平振动控制方法，其特征在于，步骤(1)中的减振目标值满足：
    水平位移区间目标减少量≥30％；
    振动时间目标减少量≥80％。
  3. 根据权利要求1所述的水平振动控制方法，其特征在于，步骤(2)中的最大侧向位移的高度H(u max)满足：
    H(u max)＝0.242*T；
    其中，T为提升吊点的高度。
  4. 根据权利要求1所述的水平振动控制方法，其特征在于，所述TMD采用后散装的构件 作为质量块，所述被提升结构指预拼装构件。
  5. 根据权利要求1所述的水平振动控制方法，其特征在于，在步骤(3)中，确定风荷载F w和拟合风时程荷载通过风洞试验确定。
  6. 根据权利要求1所述的水平振动控制方法，其特征在于，在步骤(6)中，令质量块的自振频率w TMD等于被提升结构的自振频率w 1，则可确定质量块的刚度k 2＝k 1m 2/m 1。
  7. 根据权利要求1所述的水平振动控制方法，其特征在于，在步骤(7)中，等效阻尼比的计算步骤包括：
    确定被提升结构一个初始水平位移u 0＝F w/k 1；
    根据初始位移u 0，采用Newmark-β法计算出被提升结构的水平位移衰减曲线u(t)；
    取水平位移衰减曲线的水平各波峰值为数据点，并按下述公式进行拟合，即可得到被提升结构的等效阻尼比ξ q；
    Figure PCTCN2019094567-appb-100001
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