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应用形状记忆合金拉索高层钢结构风振控制研究

张笈玮  
【摘要】:高层钢结构建筑具有高、轻、柔的特点,在风荷载作用下摆动较大,难以满足结构的刚度和舒适度的要求,甚至可能威胁到建筑的安全,因此需要对其进行风振控制。目前,寻找一种经济实用、效果显著,而且不依靠外界能源的新的控制措施,并建立相应的理论和方法已经成为迫切需要。形状记忆合金作为一种新型的智能材料,因其独特的形状记忆性能和超弹性性能,在结构振动控制领域受到了极大的关注,具有很好的发展前景。 本文利用形状记忆合金材料的超弹性性能,对高层钢结构建筑在风荷载作用下的振动进行控制,提出了控制装置的优化布置方案,在提高高层钢结构建筑的抗风安全性方面具有重要的理论意义和工程价值。本文工作和所取得的创新成果主要表现在以下几个方面: (1)通过拉伸、卸载试验获得形状记忆合金拉索的材料参数,选用合理的本构模型。根据随机振动理论,编制计算机程序模拟脉动风荷载,并根据振动控制理论,建立基于有限元原理和形状记忆合金超弹性性能的被动控制方程及其数值分析方法。 (2)根据被动控制的传递函数算法和高层钢结构的变形特点,设计了形状记忆合金拉索的被动控制优化布置方案,采用有限元分析软件ANSYS 8.0对建立的实际工程计算模型进行风振时程分析,验证了所设计拉索优化布置方案的适用性,并根据计算结果总结了风振控制的相关规律。 (3)通过对比按《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ 99-98)计算和时程分析所得的顶层最大加速度结果,对模拟脉动风荷载进行了合理的调整,并根据拉索优化布置方案和高层建筑风振舒适度相关理论,提出了利用形状记忆合金拉索对高层钢结构进行风振加速度控制以满足舒适度要求的方法。


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